一種基于rtems操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，首先創(chuàng)建包括自上而下互相連接并交互通訊的應用層、中間層、RTEMS多任務調度內核和硬件驅動程序的系統(tǒng)架構；然后初始化函數(shù)完成系統(tǒng)要求的各種初始化任務，同時準備全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號，且任務號為執(zhí)行的優(yōu)先級別；最后RTEMS多任務調度內核按照任務號依次執(zhí)行任務，且都通過采用互斥鎖控制的全局數(shù)據(jù)交換區(qū)進行交換數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)微機保護。即可使系統(tǒng)有優(yōu)異的智能電力微機保護性能，通過優(yōu)化和擴展RTEMS，定制出符合電力和工控行業(yè)特點的高性價比系統(tǒng)，造價低廉，市場競爭力高，經濟效益好。
【專利說明】一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力設備微機保護【技術領域】，尤其涉及一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法。
【背景技術】
[0002]目前，電力測控保護裝置正朝著智能化應用飛速發(fā)展，即要求電力測控保護裝置具備完成電力參數(shù)計算、快速邏輯判斷、高速工業(yè)網絡通訊、故障數(shù)據(jù)的文件存儲和復雜人機界面顯示等多項復雜功能；然而傳統(tǒng)的沒有操作系統(tǒng)的采用前后臺方式運行的電力測控保護裝置已經不能適應當前的技術發(fā)展，必須采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，才能實現(xiàn)前述功能。因此，市場上出現(xiàn)了很多商業(yè)嵌入式實時操作系統(tǒng)，對于終端產品開發(fā)人員來講，這些商業(yè)嵌入式實時操作系統(tǒng)有以下這些問題:
1、核心代碼不公開一商業(yè)嵌入式實時操作系統(tǒng)是一個通用解決方案，但是對于每個嵌入式設備來講，各種外部器件差異很大，需要重點突出的各性能指標和應用功能也千差萬另IJ，由于沒有掌握操作系統(tǒng)的核心，難以對系統(tǒng)進行優(yōu)化，無法定制開發(fā)出性能突出、功能完善的嵌入式保護系統(tǒng)。
[0003]2、收費昂貴一從而增加采用該商業(yè)嵌入式實時操作系統(tǒng)的終端產品的成本，使產品失去在競爭激烈的市場上的成本優(yōu)勢。

【發(fā)明內容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種通過合理的設置任務的優(yōu)先級別和采用高效的任務調度，使系統(tǒng)有良好的智能電力微機保護性能；并可通過優(yōu)化和擴展RTEMS，定制出符合電力和工控行業(yè)特點的高性價比系統(tǒng)，性能優(yōu)異，造價低廉，功能完善，市場競爭力高，經濟效益好的基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，具體包括有以下步驟:
a.創(chuàng)建包括自上而下互相連接并交互通訊的應用層、中間層、RTEMS多任務調度內核和硬件驅動程序的系統(tǒng)架構；
b.系統(tǒng)初始化，即初始化函數(shù)完成系統(tǒng)要求的各種初始化任務，同時準備全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，為多任務的運行提供環(huán)境，同時創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號，且各任務的任務號為執(zhí)行的優(yōu)先級別；
c.RTEMS多任務調度內核按照任務號依次執(zhí)行任務，以完成微機保護，并且執(zhí)行所有任務都通過全局數(shù)據(jù)交換區(qū)進行交換數(shù)據(jù)，同時該全局數(shù)據(jù)交換區(qū)采用互斥鎖控制，保證多任務對同一數(shù)據(jù)的操作不產生沖突。
[0006]進一步地，所述“創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號”，具體為:創(chuàng)建以下6個并發(fā)運行的任務及其任務號；
任務1:電力保護FFT運算與邏輯判斷，根據(jù)運算和判斷的結果，調用IO驅動程序以控制IO端口輸出，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)；
任務2:設備各狀態(tài)自檢，同時調用IO驅動程序以響應外部IO端口輸入，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)；
任務3:人機界面控制任務，響應外部各種按鍵輸入，讀取全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，寫入顯示緩沖區(qū)，提供友好的人機界面；
任務4:調用TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)電力通訊規(guī)約，將各電力運算數(shù)據(jù)傳送給后臺，同時接收后臺控制命令；
任務5:錄波文件讀寫任務，錄波文件寫入外部FLASH存儲芯片；
任務6:系統(tǒng)參數(shù)與保護定值讀寫任務，系統(tǒng)參數(shù)與保護定值寫入外部EEPROM存儲芯片。
[0007]進一步地，所述RTEMS多任務調度內核在按照任務號依次執(zhí)行任務I至任務6過程中，任務1、任務2和任務3采用消息隊列的方式發(fā)送請求給任務5，任務5接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用FLASH驅動程序完成故障錄波文件的存儲；同時任務1、任務2和任務3采用郵箱的方式發(fā)送請求給任務6，任務6接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用EEPROM驅動程序完成系統(tǒng)參數(shù)與保護定值的存儲。
[0008]進一步地，所述應用層為智能電力微機保護應用的具體實現(xiàn)；所述中間層為文件系統(tǒng)、多任務應用接口和TCP/IP網絡，分別給應用層文件讀寫、多任務運行和網絡通信的編程接口，應用層通過中間層提供的標準接口完成各種各樣的具體應用；所述RTEMS多任務調度內核是整個系統(tǒng)的核心；所述硬件驅動程序是作為整個系統(tǒng)的支撐，包括SPI總線驅動、I2C總線驅動、以太網驅動、PCI總線驅動、顯示液晶驅動、AD采樣驅動、FLASH存儲器件和EEPROM器件驅動。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明通過上述技術方案，通過合理的設置任務的優(yōu)先級別和采用高效的任務調度，即可保證系統(tǒng)及時響應外部輸入變化，迅速計算各變化物理量，并做出決策，使系統(tǒng)有良好的智能電力微機保護性能；同時也能合理響應人機界面請求，快速完成外部網絡通訊、參數(shù)的讀寫和故障錄波文件的存儲，具有完善的功能；而且采用RTEMS開源系統(tǒng)，無版稅，免費使用，所有源代碼公開，通過優(yōu)化和擴展RTEMS，定制出符合電力和工控行業(yè)特點的高性價比系統(tǒng)，性能優(yōu)異，造價低廉，功能完善，產品市場競爭力高，投放市場后，取得了良好的經濟效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明所述一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法的流程示意圖；
圖2是本發(fā)明所述一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法中整個系統(tǒng)的架構示意圖；
圖3是本發(fā)明所述一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法中系統(tǒng)初始化的實施例示意圖；
圖4是本發(fā)明所述一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法中多任務調度執(zhí)行的實施例示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]如圖1至圖4中所示:
本發(fā)明實施例提供了一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，具體包括有以下步驟:
步驟Al.創(chuàng)建包括自上而下互相連接并交互通訊的應用層、中間層、RTEMS多任務調度內核和硬件驅動程序的系統(tǒng)架構；具體可以為:所述應用層為智能電力微機保護應用的具體實現(xiàn)；所述中間層為文件系統(tǒng)、多任務應用接口和TCP/IP網絡，分別給應用層文件讀寫、多任務運行和網絡通信的編程接口，應用層通過中間層提供的標準接口完成各種各樣的具體應用；所述RTEMS多任務調度內核是整個系統(tǒng)的核心；所述硬件驅動程序是作為整個系統(tǒng)的支撐，包括SPI總線驅動、I2C總線驅動、以太網驅動、PCI總線驅動、顯示液晶驅動、AD采樣驅動、FLASH存儲器件和EEPROM器件驅動。
[0013]步驟A2.系統(tǒng)初始化，即初始化函數(shù)完成系統(tǒng)要求的各種初始化任務，同時準備全局數(shù)據(jù)交換區(qū)(堆棧區(qū))，為多任務的運行提供環(huán)境，同時創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號，且各任務的任務號為執(zhí)行的優(yōu)先級別。
[0014]步驟A3.RTEMS多任務調度內核按照任務號依次執(zhí)行任務，以完成微機保護，并且執(zhí)行所有任務都通過全局數(shù)據(jù)交換區(qū)進行交換數(shù)據(jù)，同時該全局數(shù)據(jù)交換區(qū)采用互斥鎖控制，保證多任務對同一數(shù)據(jù)的操作不產生沖突。
[0015]其中，所述“創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號”，具體可以為:創(chuàng)建以下6個并發(fā)運行的任務及其任務號；
任務1:電力保護FFT運算與邏輯判斷，根據(jù)運算和判斷的結果，調用IO驅動程序以控制IO端口輸出，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)；
任務2:設備各狀態(tài)自檢，同時調用IO驅動程序以響應外部IO端口輸入，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)；
任務3:人機界面控制任務，響應外部各種按鍵輸入，讀取全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，寫入顯示緩沖區(qū)，提供友好的人機界面；
任務4:調用TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)電力通訊規(guī)約(包括IEC104、IEC61850等)，將各電力運算數(shù)據(jù)傳送給后臺，同時接收后臺控制命令；
任務5:錄波文件讀寫任務，錄波文件寫入外部FLASH存儲芯片；
任務6:系統(tǒng)參數(shù)與保護定值讀寫任務，系統(tǒng)參數(shù)與保護定值寫入外部EEPROM存儲芯片。
[0016]而且，所述RTEMS多任務調度內核在按照任務號依次執(zhí)行任務I至任務6過程中，任務1、任務2和任務3采用消息隊列的方式發(fā)送請求給任務5，任務5接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用FLASH驅動程序完成故障錄波文件的存儲；同時任務1、任務2和任務3采用郵箱的方式發(fā)送請求給任務6，任務6接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用EEPROM驅動程序完成系統(tǒng)參數(shù)與保護定值的存儲。[0017]這樣，本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法通過合理的設置任務的優(yōu)先級別和采用高效的任務調度(RTEMS多任務調度內核)，即可保證系統(tǒng)及時響應外部輸入變化，迅速計算各變化物理量，并做出決策，使系統(tǒng)有良好的智能電力微機保護性能；同時也能合理響應人機界面請求，快速完成外部網絡通訊、參數(shù)的讀寫和故障錄波文件的存儲，具有完善的功能；而且采用RTEMS開源系統(tǒng)，無版稅，免費使用，所有源代碼公開，通過優(yōu)化和擴展RTEMS，定制出符合電力和工控行業(yè)特點的高性價比系統(tǒng)，性能優(yōu)異，造價低廉，功能完善，產品市場競爭力高，投放市場后，取得了良好的經濟效益。
[0018]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，其特征在于，具體包括有以下步驟: a.創(chuàng)建包括自上而下互相連接并交互通訊的應用層、中間層、RTEMS多任務調度內核和硬件驅動程序的系統(tǒng)架構； b.系統(tǒng)初始化，即初始化函數(shù)完成系統(tǒng)要求的各種初始化任務，同時準備全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，為多任務的運行提供環(huán)境，同時創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號，且各任務的任務號為執(zhí)行的優(yōu)先級別； c.RTEMS多任務調度內核按照任務號依次執(zhí)行任務，以完成微機保護，并且執(zhí)行所有任務都通過全局數(shù)據(jù)交換區(qū)進行交換數(shù)據(jù)，同時該全局數(shù)據(jù)交換區(qū)采用互斥鎖控制，保證多任務對同一數(shù)據(jù)的操作不產生沖突。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，其特征在于，所述“創(chuàng)建多個并發(fā)運行的任務，并給每個任務編寫對應的任務號”，具體為:創(chuàng)建以下6個并發(fā)運行的任務及其任務號； 任務1:電力保護FFT運算與邏輯判斷，根據(jù)運算和判斷的結果，調用IO驅動程序以控制IO端口輸出，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)； 任務2:設備各狀態(tài)自檢，同時調用IO驅動程序以響應外部IO端口輸入，同時將結果寫入全局數(shù)據(jù)交換區(qū)； 任務3:人機界面控制任務，響應外部各種按鍵輸入，讀取全局數(shù)據(jù)交換區(qū)，寫入顯示緩沖區(qū)，提供友好的人機界面； 任務4:調用TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)電力通訊規(guī)約，將各電力運算數(shù)據(jù)傳送給后臺，同時接收后臺控制命令； 任務5:錄波文件讀寫任務，錄波文件寫入外部FLASH存儲芯片； 任務6:系統(tǒng)參數(shù)與保護定值讀寫任務，系統(tǒng)參數(shù)與保護定值寫入外部EEPROM存儲芯片。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，其特征在于，所述RTEMS多任務調度內核在按照任務號依次執(zhí)行任務I至任務6過程中，任務1、任務2和任務3采用消息隊列的方式發(fā)送請求給任務5，任務5接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用FLASH驅動程序完成故障錄波文件的存儲；同時任務1、任務2和任務3采用郵箱的方式發(fā)送請求給任務6，任務6接受請求后，RTEMS多任務調度內核調用EEPROM驅動程序完成系統(tǒng)參數(shù)與保護定值的存儲。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一所述的基于RTEMS操作系統(tǒng)的嵌入式微機保護方法，其特征在于，所述應用層為智能電力微機保護應用的具體實現(xiàn)；所述中間層為文件系統(tǒng)、多任務應用接口和TCP/IP網絡，分別給應用層文件讀寫、多任務運行和網絡通信的編程接口，應用層通過中間層提供的標準接口完成各種各樣的具體應用；所述RTEMS多任務調度內核是整個系統(tǒng)的核心；所述硬件驅動程序是作為整個系統(tǒng)的支撐，包括SPI總線驅動、I2C總線驅動、以太網驅動、PCI總線驅動、顯示液晶驅動、AD采樣驅動、FLASH存儲器件和EEPROM器件驅動。
【文檔編號】G05B19/418GK103885427SQ201410124275
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權日:2014年3月31日
【發(fā)明者】趙燕鋼, 朱志偉, 李山德, 余家杰 申請人:珠海萬力達電氣股份有限公司