基于Nucleus PLUS的嵌入式系统的软件设计

　　本文介绍了离子迁移谱仪的工作机理、软件系统设计以及嵌入式实时多任务操作系统(RTOS)Nucleus PLUS，重点介绍后者在离子迁移谱仪中的具体实现。

　　引言

　　现今社会，毒品走私比较猖獗，对人民的生命财产、社会稳定构成了一定的威胁，同时大气监测以及对有毒气体的监控也是刻不容缓的。所开发的离子迁移谱仪，是一种利用IMS(离子迁移谱技术)的专用探测仪，它在确定的温度、气压、电场条件下，通过精确测定离子在电场作用下穿过固定距离的迁移时间，来认定被测可疑物质中是否具有某些化学成分的分子，并对某些特殊的化学物质能够发出报警信息，从而可用来检测毒品及有毒气体。

　　该系统的工作原理如下：通过细节匹配，对离化后物质的等离子图的波峰位置(即物质的迁移时间)的提取来鉴定物质的具体成分。系统的原理框图如图1所示。

　　离子迁移谱仪需要读取实时数据，并作分析、处理，要求每25ms处理1000个离子信号数据，具有一定的实时性。同时，它还需对离子管内的温度、气压、电压等参数进行读取、控制。设备分析时，要求能迅速地判断出物质的成分(不超过20秒)，而此过程中，涉及到大量的实时数据处理。可见离子迁移谱仪嵌入式系统对容量和速度要求较高，不仅要实时数据处理，还要对多个参数进行控制。为了保证系统的可靠性，提高开发效率，在离子迁移谱仪中必须引入嵌入式实时操作系统。

　　嵌入式RTOS选择

　　可用于嵌入式系统软件开发的操作系统很多，但关键是要选择一个适合的嵌入式实时操作系统。在离子迁移谱仪实时系统的设计中，我们对嵌入式RTOS的要求如下：

　　(1)实时性

　　使用时，必须保证进程调用和处理的快速性，因为检测的样品信息需及时分析处理。

　　(2)稳定性

　　作为系统设计的软件平台，需要具有相当的稳定性。从而保证离子迁移谱仪检测系统即使在多变的外部环境下如气压、温度等，也能够正确执行预定的动作。

　　(3)内核规模较小

　　由于整个系统的硬件资源有限(我们配备了2M的FLASH)，因此源代码必须足够的小，以便写入存储器，提高运行效率。

　　综合考虑各个因素，我们选择了嵌入式实时操作系统Nucleus PLUS。NucleusPLUS是美国著名RTOS厂商ATI(AcceleratedTechnologyInc)公司，为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核。其95%的代码是用ANSIC写成的，非常便于移植并支持大多数类型的处理器。Nucleus PLUS是一组C函数库，应用程序代码与核心函数连接在一起，生成一个目标代码，下载到目标板的RAM中或直接烧录到目标板的ROM中执行。在典型的目标环境中，Nucleus PLUS核心代码区一般不超过20K字节大小，内核规模非常小。