STM32 LINUX 嵌入式系统

1万 · 2020-8-11 20:52

STM32 LINUX 嵌入式系统
服务机器人作为机器人家族里的一名新成员，它们的主要工作是帮助人类完
成部分非生产性的、重复的、服务性的劳动，比如家政服务、安防、医疗助手、
导游等，从而把人类从这些重复的非创造性的工作中解脱出来让人类能够致力于
其它重要工作上。同时，它们也能够作为人类家庭里的一员，陪护老人或小孩，
并在紧急情况下帮助他们。

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其中第一类嵌入式操作系统包括了女娲 Hopen、DeltaOS、桑夏 2000 等嵌入式
操作系统[
38]。女娲 Hopen 是凯思软件集团于 1999 年开发出来的，它是一个核心部
分由 C 语言编写的多任务、可抢占式调度的 16 或 32 位嵌入式实时多任务操作系
统。女娲 Hopen 的内核十分小，大概 10KB 左右，且开发人员可以对其功能进行
灵活的配置。目前该系统已经能够支持几乎所有的主流嵌入式处理器，被广泛应
用于消费电子、信息家电等领域[
37]。DeltaOS 是由北京科银京成公司开发一款嵌入
式实时操作系统，该操作系统具有较高的可靠性、采用抢占式调度算法和基于优
先级多任务调度算法进行任务调度。DeltaOS 具备了以下几个特点：其内核是采用
三层软件体系结构的，使得其内核简捷、灵活；开发人员可以根据实际的应用软
件对内核的参数进行配置；该操作系统的源代码有超过九成以上都是采用 C 语言
时行编写的，具有很强的可移植性[
39]。目前，该系统主要被应用于军事领域的电
子设备中。桑夏 2000 是由深圳桑夏公司独立研发的一款面向嵌入式应用的嵌入式
实时操作系统，它具有结构简洁、执行效率高、可移植性强、图形处理能力好、
网络支持能力强等特点[
40]，主要被用于机顶盒、多媒体设备以及智能控制领域。
第二类操作系统是以开源操作系统 Linux 为基础，通过对其内核进行重新定制
而来的。这类操作系统的典型代表有红旗 Linux、东方 Linux 和 KLinux 等[
37]。红
旗 Linux 是由北京中科红旗软件技术有限公司开发的，该系统服务的对象主要是工
业控制领域，它具有强大的图形界面以及数据库开发工具。KLinux 是由中兴成都
研究所实现的，它具有以下特点：基于优先级的可抢占调度内核、支持在内核态
进行软件开发、支持在用户态进行软件开发、支持在双态进行软件开发、支持
VxWorks 程序在其上的移植。目前，该系统可对多种嵌入式处理器提供支持，被
应用于消费电子、网络终端以及多媒体等领域。

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SRU 的各个关节的驱动电机包括了步进电机、直流电机以及舵机，各个电机
控制器与主控制器之间的数据交互方式各不相同，包括了 CAN 通信、串口通信。
另外，主控制器与上位机 PC 进行数据通信时采用网络通信方式，所以在对主控制
器进行选型时必须对各个模块之间的通信方式进行考虑，并考虑到主控制器的功
能扩展性能。
采用嵌入式系统对服务机器人的底层控制系统进行实现，对嵌入式系统特别
是其微处理器的数据处理能力、资源数量以及可扩展性都有较为严格的要求。目
前嵌入式系统采用的微处理器包括了 DSP、FPGA、微控制器等，综合考虑后本系
统采用意法半导体公司的微控制器 STM32F407 作为其控制系统的微处理器。选用
的主控制器是北京智嵌公司研制的 STM32F407 控制板基本型，它具有两个 CAN
总线接口、一个 RS232 串行接口、一个 485 接口、一个以 DP83848 以太网物理芯
片为核心的网络接口等，足够满足当前 SRU 控制系统的需要，而且该控制板把
STM32F407 的所有 IO 资源都引出来了，方便了其他功能的扩展。该控制板的实物
图如图 2-8 所示。