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基于MAXQ3120微控制器的电表(EM)参考设计
发布时间:2017-04-05 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]MAXQ3120电表(EM)参考设计构建了一款多功能、多费率电表，它符合世界范围的全部可用标准。参考设计构成了一款能够适合各地要求和各种性能要求的电表原型。这篇文档将指导软件工程师，通过定制代码实现一些特殊的需求。
目标读者
本文档假定读者熟悉C语言、MAXQ20微控制器架构以及汇编语言。读者也需熟知全电子式电表的基理。
工具
电表参考设计采用IAR Embedded Workbench工具进行编译。为便于将软件移植到其它开发环境中，除了一种例外情况外，整个软件避免了与IAR相关的语言特性。这种例外情况位于汇编语言文件中，其中包括了一些对标准汇编伪指令集的特定IAR扩展。这些特定IAR扩展命令，不仅可告知连接器各不同段的分配情况，而且告知调试器有关某些机器资源的变化情况。在其它开发环境下构建工程，可将这些伪指令去除。
高层硬件描述
硬件的核心器件是MAXQ3120微控制器。MAXQ3120几乎囊括了实现多功能、多费率电表所需要的所有功能，这些功能包括：双通道、高精度A/D转换器(ADC)，一个乘法累加器(MAC)，通信端口和一个显示控制器。完成一个电表设计，仅需要少量的外部元件。
在参考设计中，提供两个通信通道：一路红外通道，包含一个可解码38kHz载波频率的接收模块和一个直接由微控制器驱动的红外LED，一路完全隔离的RS-485通道；用作非易失存储器的128kb I2C EEPROM；一个可视LED和一路隔离光耦通道，用于指示电表脉冲；一个用于设置网络地址的按钮；和一个用于显示的LCD。
这种硬件构成预示着以下一些应用信息。选择一个外置I2C EEPROM，意味着系统中必须包含I2C软件，而不提供硬件I2C主机。电表脉冲硬件意味着软件必须能够产生极为精确的脉冲定时。两路通信端口表电感镇流器明，微控制器有限的资源要被两路通道所共享。
软件系统综述
软件系统必须同时跟踪多个进程。首先也是最重要的一点，软件系统必须监测ADC，计算用电量并报告其它额外信息，这些信息包括RMS电压和电流、功率因数和峰值功率。这个基本进程非常关键，其它任何进程都不能干扰这个最重要的基础任务。在持续监视用电量的同时，软件还必须驱动显示、监视两路通信端口、监视按钮以及电力线路上的电源失效事件，完成从外部EEPROM获取信息的请求，并跟踪费率时段的变化。
任务管理方式
初始一看，要完成以上多个实时任务，迫切需要某种实时操作系统(RTOS)来进行调度一体电感管理和资源分配。但进一步分析后，就会发现不用传统RTOS的两个充分理由。
首先，要求即时响应ADC中断。当ADC有可用的采样数据时，必须在48μs内提取该采样数据。并大功率电感且，当检测到一个过零点时，电源周期处理程序为了在下一个电源周期之前完成执行操作，必须独占CPU资源。(电源周期处理程序将占用CPU运算能力的25%到30%。) 尽管RTOS可以满足这些要求，却不能最有效地利用资源。
其次，用于保存任务上下文的空间非常有限。大多数RTOS都要给每个任务提供一个完整的虚拟处理器，以在其中执行操作，而这需要保存各个任务的上下文。由于仅有256个1差模电感器6位字RAM可供使用，少量任务就会耗尽存储器空间。
所以，本参考设计选择了一个简单的任务轮。在这种配置方式下，任务会被按顺序调用，而每个任务在锁定事件发生时，都要释放CPU的控制权。锁定事件是指所有其它任务都必须等待的事件，它包括：从EEPROM中提取数据，等待一个电源周期或是等待通信通道上的字符。如果当前任务需要等待其它任务完成时才能结束自身任务，这时也会产生一个锁定事件。在任何锁定事件中，任务必须存储它的当前状态并返回任务轮。这种协作式多任务机制，使得一个处理能力相对低些的控制器就能够胜任工作。
任务间的通信是插件电感通过一组公共数据结构来完成的，这些数据结构要根据一套严格的规则才允许被修改。这些数据结构中最重要的部分是消息板，当发生某个事件时，一个任务要设置消息板中的一组数据位以通知另一个任务。例如，假设接收到一个消息并将其正确译码，则消息译码器任务会告知另一个需要该消息的任务(比如寄存器管理器)已经收到了消息，并要求第二个任务必须执行某些操作。如何发现并解决FPGA设计中的时序问题耗费数月精力做出的设计却无法满足时序要求，这确实非常令人伤心。然而，试图正确地对设计进行约束以保证满足时序要求的过程几乎同样令人费神。找到并确定时序约束本身通常也是非常令人头痛的问题。时序问题的恼人之
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