CN107357646A - 多任务序列并行运行的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多任务序列并行运行的设备，包括微处理器、SPI_FLASH存储、电源管理模块和多任务模块；微处理器与电源管理模块通讯，SPI_FLASH存储用于存储微处理器可执行的多任务运行序列数据；多任务运行序列数据由基本单元按运行先后顺序排列；微处理器接收并存储序列数据入SPI_FLASH存储，接收操作信号依据操作信号提取并解析序列数据，获取多任务模块的运行情况，对多任务模块按时间分配调度进行控制运行；多任务模块包括扭转机构、光电显示机构、语音机构、行走机构、通信机构、测距机构和按键机构。本发明的设备通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

Description

多任务序列并行运行的设备

技术领域

本发明涉及计算多任务设备技术领域，具体涉及一种多任务序列并行运行的设备。

背景技术

在现有移动嵌入式应用中，通常采用单任务(死循环)方式或前后台进行多任务处理。当多任务运行需要采用嵌入式实时操作系统进行多任务的调度时，对系统资源要求相对较高，此时就面临诸如栈空间分配、优先级处理等诸多问题。任务序列通常已预先规划方式固化在程序中，依赖特定设备(如芯片编程烧录设备)才能修改程序。

在移动环境(使用电池)、轻量级和低成本的设备内，通常使用低功耗、低成本的微控制器，这种微控制器具有高集成度，集成多个外设和内部存储系统，但内部的存储相对较小(几KB到几百KB)。通常的实时操作系统管理的多任务处理，需要为每个任务设定一定大小的堆栈，多任务下的堆栈分配耗用了微控制器的内存。以微内核嵌入式操作系统μC/OSII为例，其支持低成本微处理器上运行多任务，除了任务间共享资源外，需要为每个任务分配大小不等的栈，对内存有极大的需求。

现有的实现多任务序列并行运行的设备具有如下的不足：1)内存消耗大：嵌入式操作系统系统的多任务运行本质是多个任务以一定方式切换/轮转，除了任务间共享资源需要有存储外，单个任务分配均需要分配内存资源(栈空间)来保证任务的进入、正常运行和退出。2)任务运行与切换的不确定性：嵌入式操作系统系统为了保证任务的实时性，多任务间通常采用一定规则的高优先级任务抢占低优先级任务，无论是基于时间片优先级调整还是抢占，采用事件触发模式多任务调度均存在一定程度不确定性，随机事件易突发。

CN 201520184406.X涉及一种并行计算多任务设备，包括多个单任务计算子模块和传输总线，所述的单任务计算子模块包括中央处理器、内存、存储器、电源管理模块和多总线控制器传输总线，所述中央处理器、内存、存储器、电源管理模块、多总线控制器依次连接，每个单任务计算子模块的多总线控制器分别与传输总线连接。该专利提供了一种计算速度快、扩展性强和生命周期长的并行计算多任务设备，通过提供传输总线来实现并行通讯的各个单任务计算子模块之间的通讯问题，任务序列已预先规划方式固化在程序中，依赖特定设备(如芯片编程烧录设备)才能修改程序，具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多任务序列并行运行的设备，实现在低成本的微控制器内实现多任务序列并行运行，且每个任务在设定的时间段序列运行。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：本发明提供一种多任务序列并行运行的设备，包括微处理器、SPI_FLASH存储、电源管理模块和多任务模块；

所述微处理器与电源管理模块通讯，所述电源管理模块与电池连接；

所述SPI_FLASH存储用于存储所述微处理器可执行的多任务运行序列数据；

所述多任务运行序列数据由基本单元按运行先后顺序排列；

所述基本单元包含任务代号，任务运行参数和任务持续时间；

所述微处理器接收并存储序列数据入SPI_FLASH存储，接收操作信号并依据操作信号提取并解析SPI_FLASH存储内存储的序列数据，获取所述多任务模块的运行情况，对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行；

所述多任务模块包括均与微控制器通讯的扭转机构、光电显示机构、语音机构、行走机构、通信机构、测距机构和按键机构。

进一步地，所述微处理器对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行是指微处理器将多任务模块的多个任务区分并划分为多个不同的时间周期，对相同时间周期的任务在同一周期中的不同时间片段依次运行，对不同时间周期的任务之间按排布时间的顺序进行。

进一步地，所述按键机构包括相互通讯的设置在设备外部的按键和设置在设备主板的按键模块。进一步地，所述按键包括开机待机按键和若干功能键。

进一步地，所述扭转机构包括第一扭转机构和第二扭转机构；

所述第一扭转机构包括第一扭动电机、第一连接齿轮、第二连接齿轮和第一角度传感器，所述第一扭动电机与设备主板上的第一电机控制模块连接；所述第一扭动电机带动第一连接齿轮旋转，所述第一连接齿轮与第二连接齿轮配合转动，所述第一角度传感器设置在第二连接齿轮上；

所述第二扭转机构包括第二扭动电机、第三连接齿轮、第四连接齿轮、第五连接齿轮、第六连接齿轮和第二角度传感器，所述第二扭动电机与设备主板上的第二电机控制模块连接；所述第二扭动电机带动第三连接齿轮旋转，所述第三连接齿轮与第四连接齿轮配合转动，所述第四连接齿轮与第五连接齿轮配合转动，所述第二角度传感器设置在第五连接齿轮上；

所述第一电机控制模块、第二电机控制模块与微处理器通讯连接。

进一步地，所述光电显示机构包括设置在设备两侧的RGB全彩LED灯和设置在设备前部的双OLED屏。

进一步地，所述语音机构包括MP3播放器和语音合成器。

进一步地，所述行走机构包括行走结构和减速箱，所述减速箱包括驱动电机、驱动电机带动的驱动齿轮、与驱动齿轮连接的测速码盘、与测速码盘连接的光电传感器；所述行走结构包括通过驱动电机带动的行走轮和用于维持设备平衡的万向轮。

进一步地，所述通信机构包括蓝牙4.0通信模块，所述通信机构与上位机构通讯。

进一步地，所述测距机构包括反射式传感器。

进一步地，所述多任务模块还包括六轴传感器，与微处理器通讯连接。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种多任务序列并行运行的设备，提供软/硬件框架共用户进行二次开发，设计一种基于低成本的微处理器的软/硬件框架，通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

通过用户在上位机中修改多任务运行序列数据，通讯机构将数据传输给微处理器，微处理器将数据接收并存储入SPI_FLASH存储，需要多任务模块执行或动作时只需要修改多任务运行序列数据即可实现，序列数据的异常不会危及设备本身的运行。

附图说明

图1：本发明实施例的外部结构示意图。

图2：本发明实施例的内部结构示意图。

图3：本发明实施例的主板结构示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。

实施例1

如图1～3所示，本发明提供一种多任务序列并行运行的设备，包括微处理器1、SPI_FLASH存储2、电源管理模块3和多任务模块；

所述微处理器1与电源管理模块3通讯，所述电源管理模块3与电池31连接；

所述SPI_FLASH存储3用于存储所述微处理器1可执行的多任务运行序列数据；

所述多任务运行序列数据由基本单元按运行先后顺序排列；

所述基本单元包含任务代号，任务运行参数和任务持续时间；

所述微处理器1接收并存储序列数据入SPI_FLASH存储2，接收操作信号并依据操作信号提取并解析SPI_FLASH存储2内存储的序列数据，获取所述多任务模块的运行情况，对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行；所述微处理器1对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行是指微处理器1将多任务模块的多个任务区分并划分为多个不同的时间周期，对相同时间周期的任务在同一周期中的不同时间片段依次运行，对不同时间周期的任务之间按排布时间的顺序进行。

所述多任务模块包括均与微控制器1通讯的扭转机构、光电显示机构、语音机构、行走机构、通信机构、测距机构和按键机构。

所述按键机构包括相互通讯的设置在设备外部的按键和设置在主板的按键模块4。所述按键包括开机待机按键11和若干功能键12。

所述扭转机构包括第一扭转机构和第二扭转机构；

所述第一扭转机构包括第一扭动电机21、第一连接齿轮22、第二连接齿轮23和第一角度传感器，所述第一扭动电机21与设备主板30上的第一电机控制模块5连接；所述第一扭动电机21带动第一连接齿轮22旋转，所述第一连接齿轮22与第二连接齿轮23配合转动，所述第一角度传感器设置在第二连接齿轮23上；

所述第二扭转机构包括第二扭动电机24、第三连接齿轮25、第四连接齿轮26、第五连接齿轮27、第六连接齿轮28和第二角度传感器，所述第二扭动电机24与设备主板30上的第二电机控制模块6连接；所述第二扭动电机24带动第三连接齿轮25旋转，所述第三连接齿轮25与第四连接齿轮26配合转动，所述第四连接齿轮26与第五连接齿轮27配合转动，所述第二角度传感器设置在第五连接齿轮27上；

所述第一电机控制模块5、第二电机控制模块6与微处理器1通讯连接。第一扭转机构和第二扭转机构根据序列数据进行扭转，通过第一角度传感器和第二角度传感器检测的角度偏转情况综合实现调整第一扭转机构和第二扭转机构之间的扭转角度。

所述光电显示机构包括设置在设备两侧的RGB全彩LED灯13和设置在设备前部的双OLED屏14。双OLED屏14中的内容根据序列数据的情况进行不停的变换，显示不同的眼形；RGB全彩LED灯13根据序列数据的情况进行颜色的更换。

所述语音机构包括MP3播放器15和语音合成器。MP3播放器15根据序列数据的情况播放不同的语音或音乐；语音合成器根据使用者传输的语音数据进行合成，同时存储在SPI_FLASH存储2中，作为序列数据使用。

所述行走机构包括行走结构和减速箱32，所述减速箱32包括驱动电机、驱动电机带动的驱动齿轮、与驱动齿轮连接的测速码盘、与测速码盘连接的光电传感器；所述行走结构包括通过驱动电机带动的行走轮16和用于维持设备平衡的万向轮。所述行走机构根据序列数据的情况确定设备行走的速度与距离，驱动电机驱动测速码盘的运转，测速码盘产生光电脉冲，光电脉冲发送至微控制器，微控制器1接收信号确定驱动电机的转速后返回指令，调整驱动电机的转速，实现调整行走轮16的工作速度和轨迹状态。

所述通信机构包括蓝牙4.0通信模块7，所述通信机构与上位机构通讯。蓝牙4.0通信模块7作为连接上位机的纽带，既接收控制序列数据运行的动作指令，还接收上位机的设备管理和维护，同时还担负上位机对设备更新序列数据的传输任务。微控制器1接收蓝牙4.0通信模块7更新序列数据存储到SPI_FLASH存储2中去，使设备的序列内容可动态更新。

所述测距机构包括反射式传感器17。使用者将障碍物置于测距机构附近，检测到信号，微处理器1接收信号，同时传输对应的指令使得行走机构进行动作。

所述多任务模块还包括六轴传感器33，与微处理器1通讯连接。六轴传感器检测设备的状态，例如摔倒，传输给微处理器1。

如图1～3所示，本发明的设备从上至下依次包括头部18、身体19和底盘20，所述头部18设置有耳朵、眼睛、头顶按钮；所述耳朵为RGB全彩LED灯13，所述眼睛为双OLED屏14，所述头顶按钮包括一个开机待机按键11和四个功能键12，通过选择不同的功能键实现选择不同的序列数据，设备根据选择的序列数据进行不同的工作；

所述头部18和身体19之间设置有第一扭转机构，通过第一扭转机构实现头部18和身体19的相对扭转；所述身体19和底盘20之间设置有第二扭转机构，通过第二扭转机构实现身体19和底盘20的相对扭动；

所述身体19中部设置有主板30，所述主板30的正面上设置有微处理器1、MP3模块8、语音合成模块9、电机驱动模块、通讯模块、SPI_FLASH存储2、电源管理模块3、按键模块4、第一电机控制模块5、光电显示模块10和六轴传感器；所述主板30的背面设置有测距模块和行走模块、第二电机控制模块6；

所述底盘20设置有电池31、测距机构和行走机构；所述行走机构中的行走轮16设置在底盘20两侧，所述万向轮设置在底盘20的中部两侧，用于维持设备行走过程中的平衡；所述测距机构设置在底盘20中下部，用于检测设备与周围障碍物之间的距离，并将信号发送给微处理器1，微处理器1接收同时给出相应的动作指令。

工作流程如下：

本发明提供的多任务序列并行运行的设备由电池供电并处于休眠待机状态，开机待机按键11按下时唤醒设备，初始化设备的参数，控制对设备的其他模块上电，设备自检，激活蓝牙4.0通信模块7并周期发送设备状态，读取SPI_FLASH存储2开机检测序列，控制多任务模块经过微处理器1进行开机检测序列，具体检测过程如下：双OLED屏14显示眼形，RGB全彩LED灯13亮灯，测距机构进行测距，六轴传感器对设备进行姿态检测，语音机构开始自检，行走机构进行行走测试，扭转机构进行检测。

开机检测后，有如下方式进行处理：1)通过用户在上位机进行编辑工作序列，在设备上选择功能键，微处理器1持续监测按键动作，依据按键和指令读取SPI_FLASH存储2中的序列数据，微控制器1对SPI_FLASH存储2的序列数据进行解析，序列数据转换为时间轴上任务的动态装载、执行和退出。2)通过用户在上位机进行编辑工作序列，在上位机中的APP选择工作序列，蓝牙4.0通信模块7接收动作指令，依据指令读取SPI_FLASH存储2中的序列数据，微控制器1对SPI_FLASH存储2的序列数据进行解析，序列数据转换为时间轴上任务的动态装载、执行和退出。3)通过传感器(例如测距机构的传感器或六轴传感器)检测设备的当前状态，微处理器1读取SPI_FLASH存储2中的任一序列数据，微控制器1对SPI_FLASH存储2的任一序列数据进行解析，同时执行和退出。4)没有接收1)～3)中的任一指令，微处理器1进入待机倒计时状态，视为空闲，空闲时微控制器1读取SPI_FLASH存储2中的特定空闲序列数据，微控制器1对SPI_FLASH存储2的特定空闲序列数据进行解析，同时执行，到达微处理器1设定的时间进行关机退出。

微控制器1对SPI_FLASH存储2中的序列数据进行读取，同时对多任务模块进行区分和调度，将多任务模块的多个任务区分对划分为多个不同的固定时间周期，对相同时间周期的任务在同一周期中的不同时间片段依次运行，对不同时间周期的任务之间按时间周期的前后顺序进行，实现信号量同步、前台和后台系统同步。

长按开机待机按键3秒，设备微处理器依次控制对外设断开电源供应，关闭蓝牙4.0通信模块7供电，保存设备参数，进入休眠待机。

本发明提供的一种多任务序列并行运行的设备，提供软/硬件框架共用户进行二次开发，设计一种基于低成本的微处理器1的软/硬件框架，通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储2中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

通过用户在上位机中修改多任务运行序列数据，通讯机构将数据传输给微处理器，微处理器1将数据接收并存储入SPI_FLASH存储2，需要多任务模块执行或动作时只需要修改多任务运行序列数据即可实现，序列数据的异常不会危及设备本身的运行。所述微处理器1为STM32F103微处理器，属于低成本、低内存微控制器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多任务序列并行运行的设备，其特征在于，包括微处理器、SPI_FLASH存储、电源管理模块和多任务模块；

所述微处理器与电源管理模块通讯，所述电源管理模块与电池连接；

所述SPI_FLASH存储用于存储所述微处理器可执行的多任务运行序列数据；

所述多任务运行序列数据由基本单元按运行先后顺序排列；

所述基本单元包含任务代号、任务运行参数和任务持续时间；

所述微处理器接收并存储序列数据入SPI_FLASH存储，接收操作信号并依据操作信号提取并解析SPI_FLASH存储内存储的序列数据，获取所述多任务模块的运行情况，对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行；

所述多任务模块包括均与微控制器通讯的扭转机构、光电显示机构、语音机构、行走机构、通信机构、测距机构和按键机构。

2.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述微处理器对正在运行的多任务模块按时间分配调度进行控制运行是指微处理器将多任务模块的多个任务区分并划分为多个不同的时间周期，对相同时间周期的任务在同一周期中的不同时间片段依次运行，对不同时间周期的任务之间按排布时间的顺序进行。

3.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述按键机构包括相互通讯的设置在设备外部的按键和设置在设备主板的按键模块。

4.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述扭转机构包括第一扭转机构和第二扭转机构；

所述第一扭转机构包括第一扭动电机、第一连接齿轮、第二连接齿轮和第一角度传感器，所述第一扭动电机与设备主板上的第一电机控制模块连接；所述第一扭动电机带动第一连接齿轮旋转，所述第一连接齿轮与第二连接齿轮配合转动，所述第一角度传感器设置在第二连接齿轮上；

所述第二扭转机构包括第二扭动电机、第三连接齿轮、第四连接齿轮、第五连接齿轮、第六连接齿轮和第二角度传感器，所述第二扭动电机与设备主板上的第二电机控制模块连接；所述第二扭动电机带动第三连接齿轮旋转，所述第三连接齿轮与第四连接齿轮配合转动，所述第四连接齿轮与第五连接齿轮配合转动，所述第二角度传感器设置在第五连接齿轮上；

所述第一电机控制模块、第二电机控制模块与微处理器通讯连接。

5.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述光电显示机构包括设置在设备两侧的RGB全彩LED灯和设置在设备前部的双OLED屏。

6.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述语音机构包括MP3播放器和语音合成器。

7.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述行走机构包括行走结构和减速箱，所述减速箱包括驱动电机、驱动电机带动的驱动齿轮、与驱动齿轮连接的测速码盘、与测速码盘连接的光电传感器；所述行走结构包括通过驱动电机带动的行走轮和用于维持设备平衡的万向轮。

8.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述通信机构包括蓝牙4.0通信模块，所述通信机构与上位机构通讯。

9.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述测距机构包括反射式传感器。

10.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的设备，其特征在于，所述多任务模块还包括六轴传感器，与微处理器通讯连接。