基于 qnx 的嵌入式液位监控系统设计

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1、基于QNX的嵌入式液位监控系统设计张寅许维胜（同济大学中德学院，上海200092）摘要：提出了一种基于QNX的嵌入式液位监控系统设计方案，详细分析了它的系统结构，给出了硬件方案，并结合QNX的特点，给出了相应的软件实现过程。关键词：QNX，嵌入式系统，实时操作系统，操作系统映像，进程中图分类号：TP277；TP316.2文献标识码：A嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用

2、于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式操作系统是决定嵌入式系统性能的重要一环，它具有结构小巧，实时性强，稳定性高的特点。目前商用嵌入式操作系统比较多，如VxWorks，QNX,WinCE,PalmOS,OS-9等。QNX是加拿大QNX软件系统有限公司开发的建立在微内核和完全地址空间保护基础之上的实时操作系统，有实时、稳定、可靠、强壮，具有模块化程度高、剪裁自如、易于扩展的特点。QNX实时操作系统（QNXRTOS）广泛应用于自动化、控制、机器人科学、电信等领域，上世纪90年代后期以来，QNX系统在高速增长的因特网终端设备、信息家电及掌上电脑等领域也

3、得到了广泛应用。QNX实时操作系统包括QNX2、QNX4和QNX6，QNX最新开发系统QNX6.2（QNXMomentics）在近日正式发布，为嵌入式开发提供了综合与集成式开发环境，加速了系统的开发过程。1.QNX操作系统的特点作为多任务的实时操作系统，QNX的内核只提供操作系统最基本服务，如进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几

4、百个处理器的超级虚拟机操作系统。实时系统是指在限定时间内对外来事件作出反应的系统。其实时性的关键在于:系统具有各种操作的不同优先级别,高优先级的操作先得到处理。系统还应具有抢占调度功能,即在正常工作情况下,如果高优先级任务的条件得到满足,系统将中断正常的运行而去执行高优先级的任务。作为一个实时监视和控制系统,这一功能显得尤其重要。作为实时性的两个主要指标的上下文切换和中断延时，QNX其时间指标都在微秒一级,在多种嵌入式实时操作系统中名列前茅。QNX实时操作系统还是一个开放的系统，其应用程序接口完全符合POSIX标准。使Linux/UNIX程序能够方便地移植

5、到QNX系统上来，极大地扩展了QNX系统的可用资源。QNX开放性还表现在网络联结性上。QNX不仅有QNX机器之间专用网络，还支持与异型机器之间网络通信的协议，如TCP/IP族的各种协议。QNX是少数支持图形用户界面的实时操作系统之一。不同于一些实时操作系统，QNX对图形用户界面的支持不是通过用户可以使用的C/C++图形函数库的方式提供给用户自己编写图形界面，而是“立即”提供的。图形用户界面以一组运行模块的方式，用户只要运行这些模块，就“立即”获得了图形用户界面，本身不需编写一条程序。QNX的这些特点可以很好的在实时性要求较高的监控任务中得到发挥，因此选用Q

6、NX作为监控系统的系统平台。2．系统总体设计在笔者开发的监控系统中，主控装置为在现场的PC104工控机，由四个模块组成，分别是CPU板；数据采集板，有16路采集通道，可同时对16路数据进行采集并完成A/D转换；数据输出板，也有16路模拟数据输出；网络板，为100Mbps的网卡。远程监控计算机通过网络与PC104工控机连接。整个系统的硬件组成如图1所示。图1系统硬件组成示意图（1）被监控设备（2）PC104工控机（3）远程监控计算机PC104工控机以QNX为操作系统，在此系统上开发出的应用程序完成数据采集，算法控制，D/A转换输出以及网络连接等功能。PC10

7、4工控机和被监控设备构成了完整的闭环系统，对设备进行实时控制并将采集到的数据及时发送到远程监控计算机，同时随时接收远程监控计算机传过来的指令，对控制参数进行调整。远程监控计算机对收到的信号进行辨别，可以发出警报信号。由于PC104工控机有16路I/O通道，可同时监控多个对象参数。远程监控计算机同样以QNX为操作系统，利用QNX中的PhotonMicroGUI开发出图形监控界面，并通过TCP/IP协议和PC104工控机通信。在笔者开发的监控系统中，被监控设备是一套液位系统。通过PC104工控机内置的控制算法，可以将液位根据远程监控计算机的指示调节到给定值，也

8、可以将实时的液位信号传到远程监控计算机。由于使用了嵌入式系统，在工