【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要協(xié)同處理大量物理設(shè)備,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能和流程。傳統(tǒng)設(shè)備控制器往往基于單片機(jī),有很好的實(shí)時(shí)性和可靠性,但其計(jì)算能力不足,功能擴(kuò)展性有限。而傳統(tǒng)主機(jī)具有豐富的軟硬件資源和較強(qiáng)的處理能力,但難于保證實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。因此需要通過(guò)主機(jī)(上位機(jī))和多個(gè)設(shè)備控制器(下位機(jī))協(xié)同工作,融合二者各自?xún)?yōu)點(diǎn),方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。為了更好地實(shí)現(xiàn)主機(jī)和控制器的高效協(xié)同,首先提出并實(shí)現(xiàn)三層協(xié)同控制模式。全局業(yè)務(wù)邏輯層位于上位機(jī),執(zhí)行高級(jí)流程邏輯;中間控制邏輯層實(shí)現(xiàn)基本功能和通訊的封裝;下位機(jī)實(shí)現(xiàn)基本控制邏輯層,為主機(jī)提供基本硬件功能。其次,根據(jù)業(yè)務(wù)需求分析抽象出四類(lèi)延遲類(lèi)型:平均響應(yīng)延遲、控制指令執(zhí)行間隔延遲、事件發(fā)生到響應(yīng)延遲、具有嚴(yán)格時(shí)序外設(shè)的操作延遲。根據(jù)控制指令執(zhí)行間隔延遲,設(shè)計(jì)執(zhí)行器模塊,可以進(jìn)行批處理,降低了指令的平均延遲;為事件發(fā)生到響應(yīng)延遲,設(shè)計(jì)判斷管理器模塊,通過(guò)快速的輪詢(xún),從而保證不同操作的延遲控制。最后,實(shí)現(xiàn)了基于通用串行總線(USB)的主機(jī)控制協(xié)同系統(tǒng),并針對(duì)四項(xiàng)延遲需求開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)的任務(wù)發(fā)生器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于使用串口的傳統(tǒng)方式,平均響應(yīng)時(shí)間約縮短了26.8倍;執(zhí)行器模塊調(diào)度的指令間延遲沒(méi)有波動(dòng),指令間平均延遲比傳統(tǒng)方式縮短的45倍,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方式。下位機(jī)單獨(dú)任務(wù)的響應(yīng)延遲低于傳統(tǒng)方式;主機(jī)任務(wù)的最大響應(yīng)延遲為傳統(tǒng)方式的1/1675,均能滿(mǎn)足預(yù)期指標(biāo)。
【圖文】：

計(jì)時(shí)由測(cè)試端進(jìn)行，測(cè)試內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)由工作端進(jìn)行。讀取單片機(jī)引腳是否導(dǎo)通進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試端計(jì)時(shí)的具體流程為測(cè)試準(zhǔn)備：測(cè)試端拉高單片機(jī)特定引腳電平，開(kāi)始計(jì)時(shí)。然后測(cè)試引腳上電平被拉高時(shí)停止計(jì)時(shí)，計(jì)算時(shí)間差作為系統(tǒng)延遲。工作端腳電平被拉高后盡快拉高另一默認(rèn)低電平的引腳電平。由于工作將兩個(gè)引腳短接類(lèi)似，因此簡(jiǎn)稱(chēng)為軟件短接。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)協(xié)同模原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件短接后的實(shí)際相應(yīng)延遲來(lái)比較性能差異。測(cè)試端的準(zhǔn)備流程需要收到上位機(jī)的 PROTOCOL_TEST_TEST 指位機(jī)與下位機(jī)的通信存在一定的隨機(jī)延遲，因此測(cè)試的實(shí)際執(zhí)行時(shí)數(shù)據(jù)將較為可信。試數(shù)據(jù)與分析嚴(yán)格時(shí)序外設(shè)的運(yùn)轉(zhuǎn)與協(xié)同

圖 5-2 濾波數(shù)據(jù)，圖 5-2 為上位機(jī)中使用 python 程序通過(guò)原型系統(tǒng)的接口模塊調(diào)的功能，，進(jìn)行姿態(tài)解算與混合濾波并實(shí)時(shí)繪圖的結(jié)果。在實(shí)時(shí)繪圖轉(zhuǎn)電子陀螺儀，先正向旋轉(zhuǎn) 90 度，再反向旋轉(zhuǎn) 180 度，最后恢復(fù)原的運(yùn)動(dòng)無(wú)法保證精確，因此混合濾波獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)稍有波動(dòng)，但動(dòng)與陀螺儀數(shù)據(jù)解算出的姿態(tài)相吻合，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且平滑。充分利用利與計(jì)算資源充足的優(yōu)勢(shì)與下位機(jī)實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，證明原型系統(tǒng)與下位機(jī)進(jìn)行協(xié)同工作。控制的整體平均響應(yīng)延遲系統(tǒng)發(fā)送并運(yùn)行包含 1 至 50 條指令的協(xié)議包整體的平均延遲與傳論最小延遲如圖 5-3 所示。于與串口的理論性能進(jìn)行對(duì)比，原型系統(tǒng)的指令數(shù)量換算為實(shí)際的
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP302

【參考文獻(xiàn)】

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1 左旭輝;高偉強(qiáng);張偉文;;基于OMAPL138的嵌入式CNC控制器硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2015年01期

2 崔萬(wàn)瑞;李愈馨;李福坤;于航;姜合萍;;3D打印機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究[J];計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用;2014年16期

本文編號(hào)：2627296