客房控制系統
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客房控制系統范文第1篇
關鍵詞RCU控制系統 插卡系統 客房空調系統控制
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A
引言
通過國外星級酒店的參觀學習以及國內酒店行業的了解，在目前的酒店行業中，隨著酒店規模的不斷擴大和服務層次的提高，酒店業務量和復雜程度的逐漸加大，對酒店管理的要求也越來越高。由此，基于網絡的客房酒店智能監控一體化平臺便應運而生。網絡型客房信息與控制系統集智能燈光控制、空調控制、服務控制與管理功能于一體，具有智能化、網絡化、規范化特點，將科學的管理思想與先進的管理手段的相結合，幫助酒店各級管理人員和服務人員對酒店運行過程中產生的大量動態的、復雜的數據和信息進行及時準確的分析處理，從而使酒店管理真正由經驗管理進入到科學管理。
客房控制管理系統是客房管理體系的重要組成部分，配合其他管理網絡可以更好利用現有的微型計算機網絡技術為客人提供全面的、及時的、隱形的服務。為客房管理者提供具有定量，定性的客房狀態管理監督制度，可以大大的提高客房管理效率。
網絡通訊控制程序控制各類客房狀態、服務狀態，通過系統的網絡布線，并通過網絡接口程序以RS-232C或TCP/IP通訊協議與各類軟件客房計算機管理系統聯接，以約定的通訊協議進行數據交換控制。
一、系統組成
一個完整的酒店客房信息與控制系統由以下三部分構成：
單客房系統（以RCU為核心構成，可獨立運行）；
通訊系統（客房、樓層、中心三級通訊，通過RS485總線或TCP/IP以太網構成）；
系統軟件（運行于C/S結構的網絡系統）。
RCU系統控制原理圖：
二、需求分析
1、客房照明系統控制
在客房內對燈光控制由客房管理系統控制箱對客房內的照明燈光進行編程邏輯控制。
目前國內流行趨勢控制線路既要簡單，還要符合人們的生活習慣。一個客房內的照明是多種多樣的，客房內有床頭燈，臺燈，落地燈，夜燈等。衛生間內有鏡前燈，頂燈等。如此眾多的燈具，一地、二地、甚至三地控制要求較為復雜。
酒店客房內采用墻面控制開關對照明燈光進行控制，只能對酒店客房內燈具進行簡單的控制。通過對客房內墻面控制開關狀態判別，通過編制工程控制要求的控制程序，實現對酒店客房內照明燈具的邏輯控制、場景控制、分時段控制和無任何約束條件的控制。可靈活配置開關控制面板，實現異地控制。接線簡單，可靠性高。衛生間照明可安裝遠紅外探測器有人即亮，無人延時關燈。即可減少開關面板及復雜的控制線路又可節約能源。同時能顯示高檔與時尚。（如：在任何時間段推開客房門廊燈亮、在環境亮度不夠時推開客房門廊燈與指定的燈具亮，在晚18：00點-早8：00點插入鑰匙卡點亮左、右床頭燈30%，按動總開關關閉所有受控燈具、再次按動任意開關可點亮任何一個指定燈具或某個組合燈具。）在系統控制箱內接入應急照明，平時與客房內其他燈具一樣正常啟閉。在火災時切斷非消防電源的情況下能自動開啟應急照明。
2、客房狀態管理和服務控制
在客房內設置服務類控制開關，由客人根椐需求選擇控制。在網絡上顯示請勿打擾、、緊急呼喚、清潔客房、客人入住以及客房門、客房內保險箱門的開啟與關閉狀態。并且可將客人需要服務的時間與酒店服務人員響應的時間記錄，以便酒店對酒店服務人員的工作進行考核。
3、網絡控制程序
每個客房控制箱內的微處理器，可將客人的服務需求、客房服務人員工作狀態以及工程控制狀態，通過網絡通訊控制程序發送至酒店相關部門，并且可按酒店管理方的管理模式與工作流程來編制酒店客房狀態管理程序、服務功能顯示控制程序、工程狀態控制管理程序，將原酒店客房各類狀態的計劃轉化為住店客人的需求。
4、客房空調系統控制
在酒店客房空調系統的用電量約占整個酒店用電量約40%~50%左右，因此酒店客房空調節能有著重大的意義。
常規酒店采用當客人離開客房時取出節電鑰匙牌后，關閉空調系統運行達到節能目的。但這種控制方式在夏季或冬季，溫度很快回升到高溫狀態或降低到寒冷狀態。住店客人再次重新進入房間后會感到較熱或較冷而不舒適。并且由于酒店客人的流動性非常高，使酒店客房內的溫差非常的不穩定，導致酒店客房內的裝飾材料與客房內的家具提前老化，給酒店工程部加大工作量。也有酒店采用當客人離開客房時取出節電鑰匙牌后，不關閉空調系統運行，依然保持客人原來調節的溫度狀態，這樣以來雖然客人回到客房內感覺舒適，但客人長時間外出空調系統一直運行，給酒店的運行成本造成很大的浪費。
而高檔酒店既要考慮節能又不能降低舒適水準，采用致遠AM系列酒店客房管理系統可解決此矛盾。該系統可把酒店客房的空調狀態細致的區分為四種狀態模式：出租客房空調運行狀態、出租客房夜間睡眠空調運行狀態、待租客房空調運行狀態及空置客房空調運行狀態。及時有效的控制了酒店能源的成本。
在住店客人離開客房取出節電鑰匙牌后斷開照明燈具、電源插座供電外，空調系統即刻由客人設置的空調狀態轉到出租客房空調運行狀態(保持節能舒適空調溫度)。到夜間特定時間段（具體時間由酒店管理方擬定）系統自動由客人設置的空調狀態轉到出租客房夜間睡眠空調運行狀態(保持節能夜間睡眠空調溫度)。當網絡控制程序設置為待租客房狀態、退租客房狀態時，無論客房鑰匙卡盒內是否插入服務員人員鑰匙卡、管理人員鑰匙卡。空調系統即刻轉為待租客房空調運行狀態(保持節能保養空調溫度)，將空客房空調保持保養溫度為冬季18度，夏季28度。當網絡控制程序設置為空置客房狀態時，客房內空調系統斷電關閉。
三、系統控制功能
燈具： RCU系統燈具最大回路為13路。其中含兩路調光回路。
調光回路最佳功率為60W。其它燈具回路在220W以內。
服務功能：
1 請勿打擾 + 清潔房間 + 門鈴開關 + 住客顯示 + 請稍候
請勿打擾和清潔房間具有互鎖功能。
客人離開房間后只保留清潔房間，請勿打擾自動取消。
當客人按下請勿打擾后，門鈴自動鎖止。
當客人進入房間插卡后，門外有LED指示燈亮，服務員可依據判斷客人在房內。
當客人按下請稍候時，門外自動顯示，五分鐘后請稍候自動取消。
2 插卡取電（12V弱電控制）
插卡后點亮歡迎模式：早8：00-18：00 白天歡迎模式（只點亮廊燈）
晚18：00-8：00 夜間歡迎模式（點亮相應指定燈具）
插卡取電帶識別卡功能：識別客人卡和服務員卡。遠程傳輸插卡信息。
3 電子叮咚門鈴（12V弱電門鈴）
安裝于RCU控制箱內。受門外門鈴按鈕控制。在客人按下請勿打擾時，門鈴鎖止。
4 門磁傳感器（12V弱電傳感器）
安裝于客房門上方，距離合頁最遠處。
功能：觸發歡迎模式，監控門的狀態，客房門開啟超過三分鐘后自動關閉空調。
5 緊急呼叫開關（SOS）
安裝在浴缸和恭桶之間，高度在80厘米。外加防水罩并印有警示文字說明，客人在緊急情況下按下SOS，客房服務中心會馬上報警。
空調： 四管制空調系統
1、有人模式：客人進入房間插卡后，風機受墻面溫控器控制，風速：高中低和溫度由客人決定。
2、無人模式：客人離開房間拔卡后，風機受RCU控制，風速為低速，溫度受計算機設定控制。計算機可遠程調整客房溫度。
3、客房空調系統可依據房態的變化進行開啟或關閉。亦可與酒店前臺管理系統聯網使用。
4 、在RCU系統安裝有客房門磁傳感器時，可定義在客房門開啟超過三分鐘后自動關閉空調系統。此功能主要應用于客房服務員每天清掃客房時的節能設計。
電動窗簾：RCU系統可控制電動窗簾的開啟與關閉。提供開關控制信號。
衣柜燈門磁開關：門磁傳感器自動點亮衣柜燈，此燈有十分鐘延時自動關閉功能。
客房控制邏輯表：
客房RCU系統圖：
客房控制系統范文第2篇
[關鍵詞] 集散控制系統；工程設計；教學改革
21世紀是信息技術快速發展的時代，社會生產力的發展和人們生活質量的提高也越來越依賴于信息技術的發展，自動化科學與技術、信號的檢測、分析、處理、控制和應用等各個方面，是信息技術的重要組成部分。在新的經濟形勢下，實現工業生產的自動化，要堅持走科技含量高、經濟、能耗低、污染少、可持續發展的道路。集散控制系統(DCS)是實現工業自動化和企業信息化最好的系統平臺，是當今工業過程控制的主流[1]。
《集散控制系統》課程的教學目的，在于對學生進行控制工程設計能力的培養，通過課堂學習，使學生掌握集散控制系統的原理、結構、設計與實際應用的基礎性、通用性，了解基本的集散控制系統的應用和工程設計的一般方法。在此基礎上，必須通過教學和工程實踐相結合，才能真正掌握應用，形成學生自身的能力。為此,我們在《集散控制系統》課程的教學改革方面做了做了一些初步的嘗試。
一、把課堂教學由單純的教師傳授過程，改為師生互動的研究過程
針對《集散控制系統》課程對學生具備工程實踐能力和動手能力培養的要求，首先對課程的教學學時進行合理分配，教學過程中，采用任務驅動及理論實踐相結合的方法進行理論教學和過程考核。本課程共48學時，用30學時主要進行集散控制系統的概念、原理、結構及設計進行理論講解，在適當的章節針對具體的工程問題給學生布置任務，如對化工生產過程進行模擬控制系統的設計，DCS在鍋爐控制系統中的應用，DCS在熱力發電廠機主蒸汽系統中的應用等，學生分組進行方案設計，對比后得出最佳技術方案。用12學時進行過程指導，6學時進行結果評估。評估的方式主要以學生匯報、作品演示為主，教師進行點評指正。因此，課堂的教學活動，由教師單純的傳授知識的過程，改為師生互動的研究過程。這種教學方式，對學生來講，不但激發了學生學習的興趣、積極性和主動性，還培養了學生依據所學專業知識，查閱大量控制工程領域文獻資料的能力，這對培養大學生自主學習能力及科技創新能力有極大的幫助。對教師來講，針對學生任務中出現的問題進行有針對性的講解，采用多種教學方法相結合，靈活應用，不但幫助學生更快、更好的學習專業知識，也使教師在教學過程充滿了樂趣，對教學也越發感興趣。本課程教學方式的改革，使學生變成了學習的主體，體現了以人為本的教育理念。教學中突出了學生的個性發展，培養了學生自主學習、獨立鉆研的能力。
二、將單一課程的教學化為相關專業知識的綜合運用和訓練
傳統的教學方法僅限于本課程理論知識的傳授，缺乏對專業知識綜合運用的訓練， 學生往往體會不到所學知識的真正用途，學習的積極性和主動性不高，學習效果不佳。《集散控制系統》課程，是自動化、熱能動力、化學工程等專業的學生，在學完了相關的專業課之后，開設的綜合性很強的專業課。而上述不同的專業各自又有不同的專業課，相關的生產過程對DCS系統又有不同的要求，因此，本課程的教學必須針對不同專業的生產過程，安排理論教學和實踐教學。我們認為，任何一本教科書，都難以做到把不同的專業知識結合起來，而教師的課堂教學活動卻可以把相關學科、相關課程的知識，進行有機地交叉和滲透，把單一課程的教學過程與相關專業知識的綜合運用和訓練相結合。這是對專業課教學更高層次的要求，也是教師在備課過程中對教學內容進行再創作的出發點。
例如：對熱能動力專業，我們給定單臺鍋爐控制的工藝流程和基本參數，要求學生根據不同的參數，分別計算出鍋爐燃燒所需要的空氣量和供水量；根據計算結果選用水泵、風機、電動機等鍋爐輔機設備，進而選擇測控點，對控制儀表選型，最終確定DCS系統的設計方案。顯然，這樣的教學活動，已經不再是DCS一門課程的內容，而是熱工儀表、控制工程、機械設備、電力拖動等相關專業課程知識的綜合運用。我們把一個教學班分成幾個小組，每組五至七位同學。每一組同學都要獨立設計出適合本組參數的控制方案出來。在此過程，學生自己查閱資料，自己組織選擇控件，對該項目進行組態模擬。這就要求學生將所學理論知識應用到工程實際中，進行實踐訓練，培養了學生自主學習的能力及綜合應用知識的能力，同時也培養了學生學習的積極態度，極大地提高了學生的學習效率。
教學實踐證明，只有把DCS課程的教學活動和具體的工程設計相結合、將單一課程的教學化為相關專業知識的綜合運用和訓練；才能真正培養學生的能力，收到良好的教學效果。
三、把課程考核方式由對書本知識的考核改為對工程設計能力的考核
客房控制系統范文第3篇
關鍵詞：水泵房；可編程序控制器； 自動的
引言
隨著現代化技術的迅猛發展，計算機技術的普遍應用，在生產和生活質量方面都有了很大改進。尤其是在解放勞動力方面有了很大改觀，比如：有些環境比較惡劣，可以將人完成的任務交給機器人來完成。還有原來由人24小時監控來完成的任務，可以交給計算機來實現24小時不間斷監控，這樣不僅大大減輕了人的勞動強度，而且可以減少人員的使用，從而為企業減輕了經濟負擔。如果將計算機直接用于一般生產之中，不僅成本高，而且對使用者的技術要求也比較高。見于上述二者之間的矛盾，人們研究出一種較為簡單而且更能夠適應工業生產的“計算機”，這就是可編程序控制器，即PLC。就在這些高新技術廣泛應用的今天，然而在滿足人的最基本的生存條件——供水方面，目前除了一些新建的企業和住宅樓的水泵房使用了自動供水系統之外，還有很多老式水泵房依然是人工送水，24小時人工監管。于是，我想不如讓可編程序控制器在改造供水控制系統中發揮重大作用。
1、系統構成
本系統僅以一個有2臺上水泵工作的普通老式水泵房為例，來說明微機控制下的水泵房電氣系統的組成及工作過程。
該系統主要由微處理器，時間控制裝置，水位控制器及原來的泵房配套設備組成。
（1）微處理器：該系統中采用“可編程序控制器（PLC）”作為整個系統的控制中樞。PLC是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。由于其充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能和習慣，而且其程序的編制不需要專門的計算機編程語言，因此調試和編程都很方便。同時其價格便宜，非常適用于改造設備。
（2）時間控制裝置：如圖（1）所示，時間控制裝置由時間繼電器和中間繼電器組成，其中時間繼電器KT1用來控制第一臺水泵電機的運行時間，KT2用來控制第一臺水泵電機的停機時間和第二臺水泵電機的運行時間。
第一次起動時間裝置時，按起動按鈕SB2，中間繼電器KA1線圈帶電，常開點閉合，從而使KA2、KT1線圈帶電，KA2的一對常開點閉合，給第一臺水泵電機的運行輸入命令。當延時閉合點KT1閉合時，KA3、KT2線圈帶電，為第一臺水泵電機進入停機狀態和第二臺水泵電機進入運行狀態輸入命令。當延時閉合點KT2閉合時，為第一臺水泵電機進入下一次運行狀態做好準備。常閉點KA1、KA2、KA3為互鎖點。需要停止該裝置時，按停止按鈕SB1。
通過該裝置就能實現兩臺水泵在24小時內自動起動和停止的交替運行。
（3）檢測裝置：在該系統中設有浮球控制器和壓力傳感器兩種控制裝置。浮球控制器用于檢測供水水箱內的水量，該控制器是一個封閉的接點式開關，采用該控制器是因為其可靠性較高，而且價格便宜，很適合于改造老式水泵房。一般情況下，在供水水箱中設置2個控制器，一個用于檢測高水位，另一個用于檢測低水位。另外，在用戶管網中設有2個壓力傳感器，一個用于檢測高壓力值，一個用于檢測低壓力值。
（4）其他部分：如供水水泵以及控制水泵的交流電氣控制系統等均為水泵房原有設備。
2、系統控制原理
通過鍵盤將程序輸入到可編程序控制器中，并且通過鍵盤設定水箱中的2個水位控制器和用戶管網中的2個壓力傳感器的值。可編程序控制器是一個紐帶，它將水泵電動機、控制閥門開關的步進電動機、水位控制器、壓力傳感器以及控制電機動作的交流電氣控制系統聯系到了一起。當一個新改造的水泵房安裝完成后，送上電，整個控制系統開始工作。
首先，可編程序控制器通過水位控制器檢查水箱中的水量，如果水量高于低水位時，則水泵存在起動的條件；當水量低于低水位時，任意一個水泵都無法起動，此時控制水源閥門的步進電動機正向轉動，打開水源閥門往水箱中貯水。當水量達到高水位時，則控制水源閥門的步進電動機反向轉動關閉水源閥門，此時為用戶管網供水做好了準備。
其次，用戶管網中的壓力繼電器時刻監控管網中的水量，當管網中的壓力降到低壓力值時，則水泵自動起動給管網供水。當管網中的壓力達到高壓力值時，則水泵停止轉動。
第三，當水箱中的水量滿足供水要求，管網中也需要供水時，則水泵的運行分為以下4種情況：
（1）時間控制裝置工作在1號水泵運行時間范圍內，此時1號水泵開始工作為管網供水，在規定的時間內水量達到了設定壓力最高值，則1號水泵停止工作。
（2）時間控制裝置工作在2號水泵運行時間范圍內，則此時2號水泵開始工作為管網供水，在規定的時間內水量達到了設定壓力最高值，則2號水泵停止工作。
（3）在用水高峰時段，如果1號水泵先開始工作，待1號水泵工作時間已到，此時管網中的水量還沒有達到所設壓力最高值，則1號水泵休息，2號水泵在時間控制裝置的控制下開始工作，繼續給管網貯水，如果在2號水泵工作時間范圍內管網中的壓力達到設定最高值，則2號水泵停止工作，等待新一輪工作的開始；如果在2號水泵工作時間范圍內管網中的壓力仍沒有達到設定最高值，則2號水泵休息，1號水泵開始工作，依次循環工作。相反，如果是2號水泵先開始工作，則依然遵循此規律。
（4）如果在夜間用水量少時，則兩臺泵可以同時休息，等待檢測命令。
3、結束語
在實際工作中，一般的水泵房都有2臺或多臺水泵，利用上述理論及設備對老式水泵房進行改造，既經濟又簡便，同時又充分利用了水泵房原有的設備。如果是多臺水泵，則在此基礎上增加一些開關便可以實現。這種自動化模式的實現，既能夠保證正常供水，又能節省電能，減輕設備的磨損，還能大大減輕人的勞動強度。
參考文獻
客房控制系統范文第4篇
關鍵詞：石材機械 繼電器控制 課程設計
為充實和加強云浮市技工學校電氣自動化專業的實訓環節，筆者設計了一個石材仿形機械的電氣控制系統課程，提供了基于繼電器的電氣控制系統的教學方案。該機械的電氣控制系統難易程度適中，很適合中級電氣自動化專業的學生，本土本色，大大增加了學生的學習興趣。
一、石材仿形機械概述
石材仿形機械是一種石材加工行業廣泛應用的一種機械，專門用于加工石材曲面和異形石線的自動化機械，另外還具有切邊機的功能。學生可以通過參觀學校車間，掌握石材機械仿形加工的工藝過程。石材仿形機械的主要結構及運動形式如圖1所示。
二、石材仿形機械的工藝分析
加工之前先用紙板剪出需要加工的弧線，制作出模板。石材仿形機械加工工藝，要求在石板表面加工出和模板一樣的弧面。這是一個粗加工的過程，石材加工的結
圖1 石材仿形機械的主要結構及運動形式
1.立柱；2.模板；3.紅外線傳感器；4.垂直滑塊；5.水平滑塊；6.橫梁；7.主軸；8.石材板料（工件）；9.工作臺；10.底座。
果是表面帶有小臺階的弧面。刀具在石板上切下一刀就形成一個小臺階，緊密排列的小臺階就形成了和模板一樣的粗弧面，這些弧面經手工打磨光滑，最終形成和模板一樣的弧面。但是在加工工藝中應該怎樣控制刀路，需要學生思考。因為工藝分析是設計電路的根本，學生通過工藝分析才能設計電路實現加工過程。教師可以從以下三個階段引導學生分析解決工藝問題。
1.提出解決問題的建議
現在需要根據模板加工一個弧線。要在板材上加工出這樣的弧線，需要知道加工刀具的行走路線；要找出刀具的行走路線，就需要學生拓展思路，大膽設想。這時教師要求學生不考慮可行性，只要有想法，都可以提出，從而得到各種解決問題的方法。
2.可行性評估
在以上階段，學生提出很多解決問題的方法，對此要讓學生根據現有的知識和條件分析，找出其中可行的方案。
3.實現
這個階段需要學生利用所學的專業知識，從設想的方法轉變設計成解決問題的方案。基于繼電器的控制系統，這個解決方案就是用繼電器來實現自動循環的順序控制。也就是把電力拖動控制線路與技能訓練的順序控制與自動循環控制的知識，有機地結合到這個石材機械加工電氣控制系統中。教師除了對學生加以引導外，還要提供一套標準的設計方案供學生參考。
為了加工出和模板一樣的弧面，教師先要設計刀架的運動順序，然后再實現電氣控制。開始先要得到一個典型的刀架運動順序，把刀架先調整到板材上方，然后下降到弧線所在的深度由工作臺帶著工件走一刀。這樣就完成了弧線的一小段（即一個小臺階）；走完這一刀，刀架上升后沿橫梁的方向橫移一小段距離（這個距離需要在加工的時候根據實際情況調整），橫移完成后就可以重復第一刀的工作了。整個順序分為四個工步，見下表。
三、電氣控制系統的設計
1.主電路部分的設計思路
4臺電動機分別是主電動機、垂直移動電動機、水平移動電動機和工作臺電動機，其中工作臺電動機由變頻器調速。
2.控制電路的設計思路
（1）實現自動循環的思路。教師根據電力拖動控制線路與技能訓練里面第二單元的課題四中，有關工作臺自動循環控制線路的介紹，拋磚引玉，引導學生從這個課題內容尋求解決辦法。自動往返運動的實現在于工作臺觸碰到行程開關，從而實現“往返”的切換。用中間繼電器控制執行“進態”和“退態”動作，然后在“進態”完成電路的工步1、2、3和4的工作臺前進的控制。工作臺前進到行程開關位置，觸動行程開關使電路進入到工作臺后退的“退態”。“退態”的控制同理。這樣，從自動往返的“往”與“返”轉變成了現在的“進態”與“退態”，不同的是，“往”與“返”只是簡單地對一個電動機的正反轉控制，而“進態”與“退態”都控制著工步1～4。學生們還有一個很難解決的疑問，即工步1～4所需要的電器怎么執行復位？這個時候教師再給學生復習一下工作臺自動往返電路的行程開關的動作順序，問題就迎刃而解了。下面是電路的主要部分，如圖2所示。
（2）實現順序控制。電力拖動控制線路與技能訓練第二單元課題五有關于順序控制線路的介紹。該電路的要求是工步1～4需要按順序啟動，同時在KA1與KA2常開切換瞬間復位。實現順序控制部分的主要電路如圖3所示。
圖2
圖3
3.控制面板的設計
石材仿形機械除了仿形加工功能外，還要充當切邊機的角色，即能手動模式切割石板，所以要具備以下功能的按鈕：手動自動模式切換、上升、下降、左平移右平移切換、工作臺前進、工作臺后退、工作臺停止、主機啟動停止等。值得提醒學生的是，控制面板的按鈕設計將會影響控制電路的設計，而且控制面板設計的服務對象是機械的使用者，而不是電路本身，也就是面板取決于用戶的操作方便，電路必須服從于控制面板。
4.電氣線路的安裝與檢修
（1）元件明細表的填寫。在元件明細表中，應該寫明所需要元件的名稱、型號規格、數量，甚至大概價格和采購渠道等信息，根據電路圖和安裝的實際情況詳細列出，做到一個不漏。
（2）安裝訓練與評分標準。此項內容可參考中國勞動社會保障出版社出版的《電力拖動控制線路與技能訓練》（第四版）安裝訓練和評分標準部分。
參考文獻：
[1]勞動和社會保障部教材辦公室.電力拖動控制線路與技能訓練（第三版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004.
客房控制系統范文第5篇
摘要：在設計階段對汽車防滑控制系統進行可調度性分析是一難題。用結構分析與設計語言AADL為系統建模 。根據實時調度理論的調度可行性條件和任務調度與線程、計算時間、處理器性能之間的關系，在任務數不變的情況下選取不同性能的處理器，通過工具軟件OSATE對該系統模型進行分析，結果表明可有效解決這一問題。該建模方法為系統的可調度性分析和優化設計提供了一條新的途徑。
關鍵詞：汽車防滑控制系統；AADL；可調度性；OSATE；模型分析
關鍵詞：汽車防滑控制系統；AADL；可調度性；OSATE；模型分析
中圖法分類號: TP311 文獻標識碼:A
中圖法分類號: TP311 文獻標識碼:A
Schedulability Analysis of Automobile Anti-Skid Control
Schedulability Analysis of Automobile Anti-Skid Control
System Based on AADL
System Based on AADL
YU Huang-jing1,2，LI Ren-fa1，HUANG Li-da1
YU Huang-jing1,2，LI Ren-fa1，HUANG Li-da1
(1.School of Computer and Communication, Hunan University, Changsha 410082,China ;
(1.School of Computer and Communication, Hunan University, Changsha 410082,China ;
2. Department of Mathematics and Computer ,Sanming College ,Sanming 365004 ,China ;)
2. Department of Mathematics and Computer ,Sanming College ,Sanming 365004 ,China ;)
Abstract：Automotive anti-skid control system schedulability analysis is a difficult issue in the design stage. In this paper the Structural Analysis and Design Language AADL techniques are used for ABS and ASR control system modelling. According to the feasibility conditions of scheduling real-time scheduling theory and task scheduling with thread, computation time, the relationship between processor performance, by selecting different performance processor without change in the tasks number, by using tools OSATE to analyse of the system model，a method to solve the problem effectively has been demonstrated. This modelling method provides of a new approach for the system schedulability analysis and optimal design in the area.
Abstract：Automotive anti-skid control system schedulability analysis is a difficult issue in the design stage. In this paper the Structural Analysis and Design Language AADL techniques are used for ABS and ASR control system modelling. According to the feasibility conditions of scheduling real-time scheduling theory and task scheduling with thread, computation time, the relationship between processor performance, by selecting different performance processor without change in the tasks number, by using tools OSATE to analyse of the system model，a method to solve the problem effectively has been demonstrated. This modelling method provides of a new approach for the system schedulability analysis and optimal design in the area.
Key words: automobile anti-skid control system；AADL；schedulability；OSATE；model analysis
Key words: automobile anti-skid control system；AADL；schedulability；OSATE；model analysis
汽車防滑控制系統由制動防抱死系統ABS（Anti-Lock Brake System）及驅動防滑系統ASR(acceleration slip regulation)兩部分組成，是典型的嵌入式實時控制系統。電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）是控制系統的核心，所有信號采集、分析、處理及信號輸出都由ECU調度完成。對于汽車防滑控制系統，任務調度不當，輕則影響產品性能，重則會帶來災難后果[1]。如何在系統設計階段就能對系統的實時性、安全性、可調度性等關鍵性能進行分析和驗證，并有效控制開發時間和成本，是學術界和工業界共同面臨的難題。
汽車防滑控制系統由制動防抱死系統ABS（Anti-Lock Brake System）及驅動防滑系統ASR(acceleration slip regulation)兩部分組成，是典型的嵌入式實時控制系統。電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）是控制系統的核心，所有信號采集、分析、處理及信號輸出都由ECU調度完成。對于汽車防滑控制系統，任務調度不當，輕則影響產品性能，重則會帶來災難后果[1]。如何在系統設計階段就能對系統的實時性、安全性、可調度性等關鍵性能進行分析和驗證，并有效控制開發時間和成本，是學術界和工業界共同面臨的難題。
傳統的汽車電子設計方法嚴格遵循從需求、設計、實現再到測試的過程，產品的設計周期長，成本高。模型驅動開發方法MDD（Model-Driven Development）能在早期階段對系統進行分析和驗證，保證系統的質量屬性，控制開發時間和成本。統一建模語言UML[2] (unified model language)是其中主要代表。但是UML側重描述系統的軟件體系結構，難以對系統中的硬件及實時性、可調度性和安全性等性能關鍵特性進行描述。2004年11月美國汽車工程師協會SAE在模型驅動設計語言的基礎上,提出嵌入式實時系統體系結構分析與設計語言 AADL(architecture analysis & design language),并為 SAE AS5506 標準。AADL是一個專門用于設計與分析復雜嵌入式實時系統的軟、硬件體系結構的建模語言。這個語言支持在設計階段對系統性能關鍵特性（如，實時性、安全性及可調度性等）進行分析與驗證,能及時發現體系結構潛在問題，確保最終的產品達到預期的要求[3，4]。目前，已廣泛用于航空電子、機器人、汽車電子等領域。
傳統的汽車電子設計方法嚴格遵循從需求、設計、實現再到測試的過程，產品的設計周期長，成本高。模型驅動開發方法MDD（Model-Driven Development）能在早期階段對系統進行分析和驗證，保證系統的質量屬性，控制開發時間和成本。統一建模語言UML[2] (unified model language)是其中主要代表。但是UML側重描述系統的軟件體系結構，難以對系統中的硬件及實時性、可調度性和安全性等性能關鍵特性進行描述。2004年11月美國汽車工程師協會SAE在模型驅動設計語言的基礎上,提出嵌入式實時系統體系結構分析與設計語言 AADL(architecture analysis & design language),并為 SAE AS5506 標準。AADL是一個專門用于設計與分析復雜嵌入式實時系統的軟、硬件體系結構的建模語言。這個語言支持在設計階段對系統性能關鍵特性（如，實時性、安全性及可調度性等）進行分析與驗證,能及時發現體系結構潛在問題，確保最終的產品達到預期的要求[3，4]。目前，已廣泛用于航空電子、機器人、汽車電子等領域。
本文首先介紹AADL，然后描述汽車防滑控制系統功能，用AADL對汽車防滑控制系統建模，并論述了實時調度算法理論，利用任務調度與進程、線程、計算時間和處理器性能之間的關系，選取不同性能的處理器，在任務數不變情況下選取不同性能的處理器，用支持AADL的分析工具OSATE[5] (open source AADL tool environment)對系統模型的可調度性進行分析。
本文首先介紹AADL，然后描述汽車防滑控制系統功能，用AADL對汽車防滑控制系統建模，并論述了實時調度算法理論，利用任務調度與進程、線程、計算時間和處理器性能之間的關系，選取不同性能的處理器，在任務數不變情況下選取不同性能的處理器，用支持AADL的分析工具OSATE[5] (open source AADL tool environment)對系統模型的可調度性進行分析。
1 AADL概述
1 AADL概述
AADL建模語言具有精確的語義和嚴格的語法規范，可用于描述嵌入式實時系統的軟、硬件體系結構，并能分析系統的功能及非功能屬性。AADL使用單一模型支持多種分析方式，可將系統設計、分析、驗證、自動代碼生成集成在一個框架中。AADL在國外已逐漸成為主流的體系結構建模方式，在國內還屬于研究起步階段。
AADL建模語言具有精確的語義和嚴格的語法規范，可用于描述嵌入式實時系統的軟、硬件體系結構，并能分析系統的功能及非功能屬性。AADL使用單一模型支持多種分析方式，可將系統設計、分析、驗證、自動代碼生成集成在一個框架中。AADL在國外已逐漸成為主流的體系結構建模方式，在國內還屬于研究起步階段。
構件是AADL中最重要的概念。構件分為軟件構件、執行平臺構件以及系統構件三類：軟件構件包括進程、線程、線程組、子程序和數據五種用于軟件體系結構建模；執行平臺構件包括設備、處理器、存儲器和總線四種用于硬件體系結構建模；系統構件是軟件、執行平臺、或者系統構件的組合[3]。在AADL中，構件通過類型（Type）和實現(Implementation)聲明來定義，構件類型描述對外的功能接口（端口、子程序等）。構件實現則描述構件的內部結構(子構件、屬性、連接等)。端口是構件之間交換數據和事件的接口，是構件之間的邏輯關聯點。端口種類主要有數據端口、事件端口和事件數據端口。屬性用于描述體系結構中的約束條件,即非功能屬性約束，如截止時限、周期、時延、主頻等，進而支持驗證與分析系統的可靠性、可調度性等性質。
構件是AADL中最重要的概念。構件分為軟件構件、執行平臺構件以及系統構件三類：軟件構件包括進程、線程、線程組、子程序和數據五種用于軟件體系結構建模；執行平臺構件包括設備、處理器、存儲器和總線四種用于硬件體系結構建模；系統構件是軟件、執行平臺、或者系統構件的組合[3]。在AADL中，構件通過類型（Type）和實現(Implementation)聲明來定義，構件類型描述對外的功能接口（端口、子程序等）。構件實現則描述構件的內部結構(子構件、屬性、連接等)。端口是構件之間交換數據和事件的接口，是構件之間的邏輯關聯點。端口種類主要有數據端口、事件端口和事件數據端口。屬性用于描述體系結構中的約束條件,即非功能屬性約束，如截止時限、周期、時延、主頻等，進而支持驗證與分析系統的可靠性、可調度性等性質。
線程和處理器是同可調度性有關的AADL中兩個重要構件。線程根據任務性質的不同可分為周期(periodic)、非周期(aperiodic)、偶發 (sporadic)及后臺(background)四種。處理器構件是執行平臺上可計算資源，是操作系統的抽象。AADL通過映射關系使軟件構件綁定到硬件執行平臺上；通過定義構件的屬性，用于描述系統的關鍵性能。
線程和處理器是同可調度性有關的AADL中兩個重要構件。線程根據任務性質的不同可分為周期(periodic)、非周期(aperiodic)、偶發 (sporadic)及后臺(background)四種。處理器構件是執行平臺上可計算資源，是操作系統的抽象。AADL通過映射關系使軟件構件綁定到硬件執行平臺上；通過定義構件的屬性，用于描述系統的關鍵性能。
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目前基于AADL模型進行分析與驗證的工具很多，其中大部分是開源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作為Eclipse平臺上的一套插件,用于AADL建模、編譯和分析。OSATE支持可調度性、端到端的流延遲、安全性、系統資源與能耗等分析[5]。
目前基于AADL模型進行分析與驗證的工具很多，其中大部分是開源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作為Eclipse平臺上的一套插件,用于AADL建模、編譯和分析。OSATE支持可調度性、端到端的流延遲、安全性、系統資源與能耗等分析[5]。
2 汽車防滑控制系統的功能結構
2 汽車防滑控制系統的功能結構
汽車防滑控制系統由ABS和ASR這兩個子系統組成。ABS的作用是防止汽車在急剎過程中車輪過快抱死；ASR的作用是防止汽車在起步、加速過程中驅動輪打滑。ABS通過調節制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進而達到在制動時防止車輪抱死的目的。而ASR則主要通過改變節氣門的開度去改變發動機輸出扭矩，同時也通過ABS調節制動壓力，防止在加速時產生車輪滑轉[6]。兩個子系統即有區別又有聯系。防滑控制系統主要由傳感器、電子控制單元（ECU）和執行器三個部分組成。汽車防滑控制系統功能結構圖如圖1所示[7]。 圖1 汽車防滑控制系統功能結構圖
汽車防滑控制系統由ABS和ASR這兩個子系統組成。ABS的作用是防止汽車在急剎過程中車輪過快抱死；ASR的作用是防止汽車在起步、加速過程中驅動輪打滑。ABS通過調節制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進而達到在制動時防止車輪抱死的目的。而ASR則主要通過改變節氣門的開度去改變發動機輸出扭矩，同時也通過ABS調節制動壓力，防止在加速時產生車輪滑轉[6]。兩個子系統即有區別又有聯系。防滑控制系統主要由傳感器、電子控制單元（ECU）和執行器三個部分組成。汽車防滑控制系統功能結構圖如圖1所示[7]。 圖1 汽車防滑控制系統功能結構圖
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
防滑控制系統定時采集車輛傳感器上的輪速信號、剎車踏板信號、油門踏板位置信號，接收汽車巡航控制系統ACC(Adaptive Cruise Control)通過CAN總線傳來的車速信號、節氣門開度信號以及CAN總線上其它控制信息。這些信號與數據經不同的ECU處理后得到汽車當前運行狀態與輪速狀態。
防滑控制系統定時采集車輛傳感器上的輪速信號、剎車踏板信號、油門踏板位置信號，接收汽車巡航控制系統ACC(Adaptive Cruise Control)通過CAN總線傳來的車速信號、節氣門開度信號以及CAN總線上其它控制信息。這些信號與數據經不同的ECU處理后得到汽車當前運行狀態與輪速狀態。
汽車防滑控制系統是實時控制系統，為保證ECU控制的實時性，必須使信號采集、計算、控制等任務協調工作、及時完成。因此任務的可調度及調度優化是汽車防滑控制系統性能的重要指標。
汽車防滑控制系統是實時控制系統，為保證ECU控制的實時性，必須使信號采集、計算、控制等任務協調工作、及時完成。因此任務的可調度及調度優化是汽車防滑控制系統性能的重要指標。
3汽車防滑控制系統的AADL建模
3汽車防滑控制系統的AADL建模
AADL使用文本、圖形方式建模，兩者之間可以互相轉化。AADL采用分層建模逐步精化的建模方法，先對底層的設備構件與線程構件建模，聲明構件類型與構件實現，定義構件的特征、屬性、連接等；然后是執行平臺建模，通過映射關系將軟件構件綁定到硬件執行平臺上；最后是頂層集成系統設計，將各子系統作為頂層系統的子構件建模。汽車防滑控制系統的AADL模型如圖2所示。在圖中進程Abs_process有三個線程：線程Brake_status用于采集剎車踏板傳感器的剎車信號，線程Compute_velocity將輪速傳感器的脈沖信號轉化為輪速數據。線程Abs_decision_making根據收到的剎車信號、車速、輪速進行綜合分析決策。三個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU1上；在進程Asr_process中有兩個線程：線程Acclerator_status負責采集油門踏板傳感器傳送的油門狀態信號。線程Asr_decision_making根據收到的節氣門開度信號、車速和油門狀態信號進行綜合分析決策。這兩個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU2上。兩個處理器之間使用CAN總線連接。根據系統任務的特性及需要，這五個任務都被建模為周期線程。汽車防滑控制系統在OSATE中的模型圖如圖3所示。
AADL使用文本、圖形方式建模，兩者之間可以互相轉化。AADL采用分層建模逐步精化的建模方法，先對底層的設備構件與線程構件建模，聲明構件類型與構件實現，定義構件的特征、屬性、連接等；然后是執行平臺建模，通過映射關系將軟件構件綁定到硬件執行平臺上；最后是頂層集成系統設計，將各子系統作為頂層系統的子構件建模。汽車防滑控制系統的AADL模型如圖2所示。在圖中進程Abs_process有三個線程：線程Brake_status用于采集剎車踏板傳感器的剎車信號，線程Compute_velocity將輪速傳感器的脈沖信號轉化為輪速數據。線程Abs_decision_making根據收到的剎車信號、車速、輪速進行綜合分析決策。三個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU1上；在進程Asr_process中有兩個線程：線程Acclerator_status負責采集油門踏板傳感器傳送的油門狀態信號。線程Asr_decision_making根據收到的節氣門開度信號、車速和油門狀態信號進行綜合分析決策。這兩個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU2上。兩個處理器之間使用CAN總線連接。根據系統任務的特性及需要，這五個任務都被建模為周期線程。汽車防滑控制系統在OSATE中的模型圖如圖3所示。
構件的屬性及其屬性值是AADL分析與驗證的依據。與線程有關的屬性主要有Dispatch Protocol屬性、Period屬性、Compute_Execution_Time屬性和Deadline屬性。 Dispatch Protocol 屬性的屬性值是四種任務類型；Period屬性的屬性值是周期任務的周期；Compute_Execution_Time屬性的屬性值是任務的執行時間；Deadline屬性的屬性值是任務的截止時限。處理器是硬件執行平臺上可計算構件。通過設置cycle_time屬性規定處理器的主頻；通過設置屬性Scheduling_Protocol來關聯任務的調度算法。
構件的屬性及其屬性值是AADL分析與驗證的依據。與線程有關的屬性主要有Dispatch Protocol屬性、Period屬性、Compute_Execution_Time屬性和Deadline屬性。 Dispatch Protocol 屬性的屬性值是四種任務類型；Period屬性的屬性值是周期任務的周期；Compute_Execution_Time屬性的屬性值是任務的執行時間；Deadline屬性的屬性值是任務的截止時限。處理器是硬件執行平臺上可計算構件。通過設置cycle_time屬性規定處理器的主頻；通過設置屬性Scheduling_Protocol來關聯任務的調度算法。
AADL支持單處理器與多處理器實時調度，支持搶占與非搶占式調度策略及多種固定優先級、動態優先級調度算法,如單調速率RM(rate monotonic), 截止期單調DM(deadline monotonic), 最早截止期優先EDF(earliest deadline first)等[8]。
AADL支持單處理器與多處理器實時調度，支持搶占與非搶占式調度策略及多種固定優先級、動態優先級調度算法,如單調速率RM(rate monotonic), 截止期單調DM(deadline monotonic), 最早截止期優先EDF(earliest deadline first)等[8]。
表1是五個線程構件的屬性及屬性參考值，參考值是根據文獻[9]和文獻[10]中給出的例子而得到的。表中T、C、D分別代表周期、計算時間和截止時限，時間單位為毫秒（ms）。
表1是五個線程構件的屬性及屬性參考值，參考值是根據文獻[9]和文獻[10]中給出的例子而得到的。表中T、C、D分別代表周期、計算時間和截止時限，時間單位為毫秒（ms）。
4 模型可調度性分析
4 模型可調度性分析
4．1實時調度算法理論
4．1實時調度算法理論
可調度性是指系統中的各任務都能在其截止時限內完成。任務調度是實時系統內核的關鍵部分。由于汽車防滑控制系統中的任務被建模為周期任務，因此本部分主要論述周期性任務的實時調度算法理論。
可調度性是指系統中的各任務都能在其截止時限內完成。任務調度是實時系統內核的關鍵部分。由于汽車防滑控制系統中的任務被建模為周期任務，因此本部分主要論述周期性任務的實時調度算法理論。
在任務間可搶占的實時運行環境中，對于硬實時系統周期任務的調度已經有一些很成熟的調度算法，比較出名的有單調速率優先RM算法和截止期最早優先EDF算法。同時這些算法也是AADL所支持的。
在任務間可搶占的實時運行環境中，對于硬實時系統周期任務的調度已經有一些很成熟的調度算法，比較出名的有單調速率優先RM算法和截止期最早優先EDF算法。同時這些算法也是AADL所支持的。
為便于問題描述，首先建立周期任務集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti為周期任務, Ti為任務周期, Ci為任務計算時間，Di為截止時限且為周期終點。任務在周期起點釋放，任務可搶占。
為便于問題描述，首先建立周期任務集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti為周期任務, Ti為任務周期, Ci為任務計算時間，Di為截止時限且為周期終點。任務在周期起點釋放，任務可搶占。
定理1給出RM算法可調度判定條件。
定理1給出RM算法可調度判定條件。
定理1：TS由n個獨立的周期任務組成且每個任務的截止時限等于周期，則TS可以被RM調度，如果 （1）
定理1：TS由n個獨立的周期任務組成且每個任務的截止時限等于周期，則TS可以被RM調度，如果 （1）
當任務數趨于無窮大時有（2）
當任務數趨于無窮大時有（2）
RMS已被證明是靜態最優調度算法, 開銷小, 靈活性好。缺點是當某些任務的截止時限不等于周期時，RM算法不是最優算法，另外,當n∞時, 處理器利用率不超過0.69。
RMS已被證明是靜態最優調度算法, 開銷小, 靈活性好。缺點是當某些任務的截止時限不等于周期時，RM算法不是最優算法，另外,當n∞時, 處理器利用率不超過0.69。
最早截止時間優先算法（EDF）是一種動態調度算法。任務模型與RM 調度算法相同，優先級動態分配，截止時限越短，優先級越高。定理2給出EDF算法可調度判定條件。
最早截止時間優先算法（EDF）是一種動態調度算法。任務模型與RM 調度算法相同，優先級動態分配，截止時限越短，優先級越高。定理2給出EDF算法可調度判定條件。
定理2：如果一個任務集按EDF算法調度，當且僅當 （3）
定理2：如果一個任務集按EDF算法調度，當且僅當 （3）
EDF 調度算法已被證明是動態最優調度算法。用EDF調度算法，處理器利用率最大可達100% 。缺點是在系統超載時,為了能讓其它作業能夠及時完成，一些作業會被拋棄，導致系統行為不可預測。另外, 它的在線調度開銷比RM大。
EDF 調度算法已被證明是動態最優調度算法。用EDF調度算法，處理器利用率最大可達100% 。缺點是在系統超載時,為了能讓其它作業能夠及時完成，一些作業會被拋棄，導致系統行為不可預測。另外, 它的在線調度開銷比RM大。
4．2模型可調度性分析
4．2模型可調度性分析
對于安全關鍵的汽車電子系統而言，時間的正確性就等于功能的正確性。為了支持系統的實時性和穩定性，需要在系統設計階段對實時系統進行可調度分析，并結合實際運行平臺進行驗證。
對于安全關鍵的汽車電子系統而言，時間的正確性就等于功能的正確性。為了支持系統的實時性和穩定性，需要在系統設計階段對實時系統進行可調度分析，并結合實際運行平臺進行驗證。
模型的可調度性分析有助于及時發現系統潛在問題：如任務時限、周期安排是否合理，調度策略選擇是否正確；處理器選型是否妥當等。如果分析結果超過設計要求很多，應重新設計系統的軟、硬件體系結構[7]。針對系統特點選擇一種合適的算法是實時系統重要問題。因為汽車防滑控制系統建模時將ABS子系統和ASR子系統中的任務靜態的分配并綁定到不同的處理器上，不存在一個任務被搶占后在另一個處理器上執行情況 ，因此系統是單處理實時調度。根據4.1節實時調度算法特點，并結合系統安全關鍵的特性， 選擇RMS算法與處理器關聯是最佳選擇。
模型的可調度性分析有助于及時發現系統潛在問題：如任務時限、周期安排是否合理，調度策略選擇是否正確；處理器選型是否妥當等。如果分析結果超過設計要求很多，應重新設計系統的軟、硬件體系結構[7]。針對系統特點選擇一種合適的算法是實時系統重要問題。因為汽車防滑控制系統建模時將ABS子系統和ASR子系統中的任務靜態的分配并綁定到不同的處理器上，不存在一個任務被搶占后在另一個處理器上執行情況 ，因此系統是單處理實時調度。根據4.1節實時調度算法特點，并結合系統安全關鍵的特性， 選擇RMS算法與處理器關聯是最佳選擇。
ABS子系統有三個線程，根據4.1節中公式1可得CPU1利用率應小于78%;ASR子系統有兩個線程，同理可得CPU2的利用率應小于82.8%。
ABS子系統有三個線程，根據4.1節中公式1可得CPU1利用率應小于78%;ASR子系統有兩個線程，同理可得CPU2的利用率應小于82.8%。
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目前基于AADL模型進行分析與驗證的工具很多，其中大部分是開源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作為Eclipse平臺上的一套插件,用于AADL建模、編譯和分析。OSATE支持可調度性、端到端的流延遲、安全性、系統資源與能耗等分析[5]。
目前基于AADL模型進行分析與驗證的工具很多，其中大部分是開源的。典型工具有OSATE、Cheddar和AdeS 。本文中使用的AADL建模工具OSATE,是作為Eclipse平臺上的一套插件,用于AADL建模、編譯和分析。OSATE支持可調度性、端到端的流延遲、安全性、系統資源與能耗等分析[5]。
2 汽車防滑控制系統的功能結構
2 汽車防滑控制系統的功能結構
汽車防滑控制系統由ABS和ASR這兩個子系統組成。ABS的作用是防止汽車在急剎過程中車輪過快抱死；ASR的作用是防止汽車在起步、加速過程中驅動輪打滑。ABS通過調節制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進而達到在制動時防止車輪抱死的目的。而ASR則主要通過改變節氣門的開度去改變發動機輸出扭矩，同時也通過ABS調節制動壓力，防止在加速時產生車輪滑轉[6]。兩個子系統即有區別又有聯系。防滑控制系統主要由傳感器、電子控制單元（ECU）和執行器三個部分組成。汽車防滑控制系統功能結構圖如圖1所示[7]。 圖1 汽車防滑控制系統功能結構圖
汽車防滑控制系統由ABS和ASR這兩個子系統組成。ABS的作用是防止汽車在急剎過程中車輪過快抱死；ASR的作用是防止汽車在起步、加速過程中驅動輪打滑。ABS通過調節制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進而達到在制動時防止車輪抱死的目的。而ASR則主要通過改變節氣門的開度去改變發動機輸出扭矩，同時也通過ABS調節制動壓力，防止在加速時產生車輪滑轉[6]。兩個子系統即有區別又有聯系。防滑控制系統主要由傳感器、電子控制單元（ECU）和執行器三個部分組成。汽車防滑控制系統功能結構圖如圖1所示[7]。 圖1 汽車防滑控制系統功能結構圖
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
Fig.1 The Anti-slip control system function block diagram
防滑控制系統定時采集車輛傳感器上的輪速信號、剎車踏板信號、油門踏板位置信號，接收汽車巡航控制系統ACC(Adaptive Cruise Control)通過CAN總線傳來的車速信號、節氣門開度信號以及CAN總線上其它控制信息。這些信號與數據經不同的ECU處理后得到汽車當前運行狀態與輪速狀態。
防滑控制系統定時采集車輛傳感器上的輪速信號、剎車踏板信號、油門踏板位置信號，接收汽車巡航控制系統ACC(Adaptive Cruise Control)通過CAN總線傳來的車速信號、節氣門開度信號以及CAN總線上其它控制信息。這些信號與數據經不同的ECU處理后得到汽車當前運行狀態與輪速狀態。
汽車防滑控制系統是實時控制系統，為保證ECU控制的實時性，必須使信號采集、計算、控制等任務協調工作、及時完成。因此任務的可調度及調度優化是汽車防滑控制系統性能的重要指標。
汽車防滑控制系統是實時控制系統，為保證ECU控制的實時性，必須使信號采集、計算、控制等任務協調工作、及時完成。因此任務的可調度及調度優化是汽車防滑控制系統性能的重要指標。
3汽車防滑控制系統的AADL建模
3汽車防滑控制系統的AADL建模
AADL使用文本、圖形方式建模，兩者之間可以互相轉化。AADL采用分層建模逐步精化的建模方法，先對底層的設備構件與線程構件建模，聲明構件類型與構件實現，定義構件的特征、屬性、連接等；然后是執行平臺建模，通過映射關系將軟件構件綁定到硬件執行平臺上；最后是頂層集成系統設計，將各子系統作為頂層系統的子構件建模。汽車防滑控制系統的AADL模型如圖2所示。在圖中進程Abs_process有三個線程：線程Brake_status用于采集剎車踏板傳感器的剎車信號，線程Compute_velocity將輪速傳感器的脈沖信號轉化為輪速數據。線程Abs_decision_making根據收到的剎車信號、車速、輪速進行綜合分析決策。三個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU1上；在進程Asr_process中有兩個線程：線程Acclerator_status負責采集油門踏板傳感器傳送的油門狀態信號。線程Asr_decision_making根據收到的節氣門開度信號、車速和油門狀態信號進行綜合分析決策。這兩個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU2上。兩個處理器之間使用CAN總線連接。根據系統任務的特性及需要，這五個任務都被建模為周期線程。汽車防滑控制系統在OSATE中的模型圖如圖3所示。
AADL使用文本、圖形方式建模，兩者之間可以互相轉化。AADL采用分層建模逐步精化的建模方法，先對底層的設備構件與線程構件建模，聲明構件類型與構件實現，定義構件的特征、屬性、連接等；然后是執行平臺建模，通過映射關系將軟件構件綁定到硬件執行平臺上；最后是頂層集成系統設計，將各子系統作為頂層系統的子構件建模。汽車防滑控制系統的AADL模型如圖2所示。在圖中進程Abs_process有三個線程：線程Brake_status用于采集剎車踏板傳感器的剎車信號，線程Compute_velocity將輪速傳感器的脈沖信號轉化為輪速數據。線程Abs_decision_making根據收到的剎車信號、車速、輪速進行綜合分析決策。三個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU1上；在進程Asr_process中有兩個線程：線程Acclerator_status負責采集油門踏板傳感器傳送的油門狀態信號。線程Asr_decision_making根據收到的節氣門開度信號、車速和油門狀態信號進行綜合分析決策。這兩個線程具有相同地址空間，它們被綁定到處理器CPU2上。兩個處理器之間使用CAN總線連接。根據系統任務的特性及需要，這五個任務都被建模為周期線程。汽車防滑控制系統在OSATE中的模型圖如圖3所示。
構件的屬性及其屬性值是AADL分析與驗證的依據。與線程有關的屬性主要有Dispatch Protocol屬性、Period屬性、Compute_Execution_Time屬性和Deadline屬性。 Dispatch Protocol 屬性的屬性值是四種任務類型；Period屬性的屬性值是周期任務的周期；Compute_Execution_Time屬性的屬性值是任務的執行時間；Deadline屬性的屬性值是任務的截止時限。處理器是硬件執行平臺上可計算構件。通過設置cycle_time屬性規定處理器的主頻；通過設置屬性Scheduling_Protocol來關聯任務的調度算法。
構件的屬性及其屬性值是AADL分析與驗證的依據。與線程有關的屬性主要有Dispatch Protocol屬性、Period屬性、Compute_Execution_Time屬性和Deadline屬性。 Dispatch Protocol 屬性的屬性值是四種任務類型；Period屬性的屬性值是周期任務的周期；Compute_Execution_Time屬性的屬性值是任務的執行時間；Deadline屬性的屬性值是任務的截止時限。處理器是硬件執行平臺上可計算構件。通過設置cycle_time屬性規定處理器的主頻；通過設置屬性Scheduling_Protocol來關聯任務的調度算法。
AADL支持單處理器與多處理器實時調度，支持搶占與非搶占式調度策略及多種固定優先級、動態優先級調度算法,如單調速率RM(rate monotonic), 截止期單調DM(deadline monotonic), 最早截止期優先EDF(earliest deadline first)等[8]。
AADL支持單處理器與多處理器實時調度，支持搶占與非搶占式調度策略及多種固定優先級、動態優先級調度算法,如單調速率RM(rate monotonic), 截止期單調DM(deadline monotonic), 最早截止期優先EDF(earliest deadline first)等[8]。
表1是五個線程構件的屬性及屬性參考值，參考值是根據文獻[9]和文獻[10]中給出的例子而得到的。表中T、C、D分別代表周期、計算時間和截止時限，時間單位為毫秒（ms）。
表1是五個線程構件的屬性及屬性參考值，參考值是根據文獻[9]和文獻[10]中給出的例子而得到的。表中T、C、D分別代表周期、計算時間和截止時限，時間單位為毫秒（ms）。
4 模型可調度性分析
4 模型可調度性分析
4．1實時調度算法理論
4．1實時調度算法理論
可調度性是指系統中的各任務都能在其截止時限內完成。任務調度是實時系統內核的關鍵部分。由于汽車防滑控制系統中的任務被建模為周期任務，因此本部分主要論述周期性任務的實時調度算法理論。
可調度性是指系統中的各任務都能在其截止時限內完成。任務調度是實時系統內核的關鍵部分。由于汽車防滑控制系統中的任務被建模為周期任務，因此本部分主要論述周期性任務的實時調度算法理論。
在任務間可搶占的實時運行環境中，對于硬實時系統周期任務的調度已經有一些很成熟的調度算法，比較出名的有單調速率優先RM算法和截止期最早優先EDF算法。同時這些算法也是AADL所支持的。
在任務間可搶占的實時運行環境中，對于硬實時系統周期任務的調度已經有一些很成熟的調度算法，比較出名的有單調速率優先RM算法和截止期最早優先EDF算法。同時這些算法也是AADL所支持的。
為便于問題描述，首先建立周期任務集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti為周期任務, Ti為任務周期, Ci為任務計算時間，Di為截止時限且為周期終點。任務在周期起點釋放，任務可搶占。
為便于問題描述，首先建立周期任務集TS = ({ti},{Ti},{Ci},{Di})模型。集合中的ti為周期任務, Ti為任務周期, Ci為任務計算時間，Di為截止時限且為周期終點。任務在周期起點釋放，任務可搶占。
定理1給出RM算法可調度判定條件。
定理1給出RM算法可調度判定條件。
定理1：TS由n個獨立的周期任務組成且每個任務的截止時限等于周期，則TS可以被RM調度，如果 （1）
定理1：TS由n個獨立的周期任務組成且每個任務的截止時限等于周期，則TS可以被RM調度，如果 （1）
當任務數趨于無窮大時有（2）
當任務數趨于無窮大時有（2）
RMS已被證明是靜態最優調度算法, 開銷小, 靈活性好。缺點是當某些任務的截止時限不等于周期時，RM算法不是最優算法，另外,當n∞時, 處理器利用率不超過0.69。
RMS已被證明是靜態最優調度算法, 開銷小, 靈活性好。缺點是當某些任務的截止時限不等于周期時，RM算法不是最優算法，另外,當n∞時, 處理器利用率不超過0.69。
最早截止時間優先算法（EDF）是一種動態調度算法。任務模型與RM 調度算法相同，優先級動態分配，截止時限越短，優先級越高。定理2給出EDF算法可調度判定條件。
最早截止時間優先算法（EDF）是一種動態調度算法。任務模型與RM 調度算法相同，優先級動態分配，截止時限越短，優先級越高。定理2給出EDF算法可調度判定條件。
定理2：如果一個任務集按EDF算法調度，當且僅當 （3）
定理2：如果一個任務集按EDF算法調度，當且僅當 （3）
EDF 調度算法已被證明是動態最優調度算法。用EDF調度算法，處理器利用率最大可達100% 。缺點是在系統超載時,為了能讓其它作業能夠及時完成，一些作業會被拋棄，導致系統行為不可預測。另外, 它的在線調度開銷比RM大。
EDF 調度算法已被證明是動態最優調度算法。用EDF調度算法，處理器利用率最大可達100% 。缺點是在系統超載時,為了能讓其它作業能夠及時完成，一些作業會被拋棄，導致系統行為不可預測。另外, 它的在線調度開銷比RM大。
4．2模型可調度性分析
4．2模型可調度性分析
對于安全關鍵的汽車電子系統而言，時間的正確性就等于功能的正確性。為了支持系統的實時性和穩定性，需要在系統設計階段對實時系統進行可調度分析，并結合實際運行平臺進行驗證。
對于安全關鍵的汽車電子系統而言，時間的正確性就等于功能的正確性。為了支持系統的實時性和穩定性，需要在系統設計階段對實時系統進行可調度分析，并結合實際運行平臺進行驗證。
模型的可調度性分析有助于及時發現系統潛在問題：如任務時限、周期安排是否合理，調度策略選擇是否正確；處理器選型是否妥當等。如果分析結果超過設計要求很多，應重新設計系統的軟、硬件體系結構[7]。針對系統特點選擇一種合適的算法是實時系統重要問題。因為汽車防滑控制系統建模時將ABS子系統和ASR子系統中的任務靜態的分配并綁定到不同的處理器上，不存在一個任務被搶占后在另一個處理器上執行情況 ，因此系統是單處理實時調度。根據4.1節實時調度算法特點，并結合系統安全關鍵的特性， 選擇RMS算法與處理器關聯是最佳選擇。
模型的可調度性分析有助于及時發現系統潛在問題：如任務時限、周期安排是否合理，調度策略選擇是否正確；處理器選型是否妥當等。如果分析結果超過設計要求很多，應重新設計系統的軟、硬件體系結構[7]。針對系統特點選擇一種合適的算法是實時系統重要問題。因為汽車防滑控制系統建模時將ABS子系統和ASR子系統中的任務靜態的分配并綁定到不同的處理器上，不存在一個任務被搶占后在另一個處理器上執行情況 ，因此系統是單處理實時調度。根據4.1節實時調度算法特點，并結合系統安全關鍵的特性， 選擇RMS算法與處理器關聯是最佳選擇。
ABS子系統有三個線程，根據4.1節中公式1可得CPU1利用率應小于78%;ASR子系統有兩個線程，同理可得CPU2的利用率應小于82.8%。
ABS子系統有三個線程，根據4.1節中公式1可得CPU1利用率應小于78%;ASR子系統有兩個線程，同理可得CPU2的利用率應小于82.8%。
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在AADL中可調度性分析不僅與調度算法有關且與線程構件中的線程處理時間、周期、截止時間和處理器構件中的處理器主頻高低等屬性有關，借助OSATE的線程綁定與調度分析插件可對實例化后的系統模型進行驗證分析，得到處理器1和處理器2的性能與處理器利用率之間對應表，結果如圖4、圖5所示。
在AADL中可調度性分析不僅與調度算法有關且與線程構件中的線程處理時間、周期、截止時間和處理器構件中的處理器主頻高低等屬性有關，借助OSATE的線程綁定與調度分析插件可對實例化后的系統模型進行驗證分析，得到處理器1和處理器2的性能與處理器利用率之間對應表，結果如圖4、圖5所示。
Fig.5The processor 2 performance and load diagram
Fig.5The processor 2 performance and load diagram
由圖4和圖5可以看出,處理器性能與負載成線性關系,處理器CPU1利用率是78%時,處理器的主頻為550ps；CPU2的利用率是82.8%.處理器的主頻為900ps。由于實時系統處理器需要一定冗余,故在實際選擇處理器時, 應選擇主頻更快一些的處理器。通過分析驗證可以使設計人員在系統性能、軟硬件實現成本之間進行優化。
由圖4和圖5可以看出,處理器性能與負載成線性關系,處理器CPU1利用率是78%時,處理器的主頻為550ps；CPU2的利用率是82.8%.處理器的主頻為900ps。由于實時系統處理器需要一定冗余,故在實際選擇處理器時, 應選擇主頻更快一些的處理器。通過分析驗證可以使設計人員在系統性能、軟硬件實現成本之間進行優化。
5 結束語
5 結束語
本文主要論述了汽車防滑控制系統AADL建模過程以及根據實時調度理論利用工具軟件QSATE對模型進行可調度性分析過程。通過分析可以有效地對系統的可調度性進行早期預測,能使設計人員在設計初期階段就能對產品性能進行分析與驗證，及時發現設計中潛在的問題,以便重新調整設計方案,以滿足系統設計要求。該方法對降低系統開發成本和縮短系統開發周期具有積極的意義。下一步工作是對車身電子穩定控制系統ESP（Electronic Stability Program）進行分布式系統建模，該系統可以進一步提高汽車行駛安全性與舒適性。
本文主要論述了汽車防滑控制系統AADL建模過程以及根據實時調度理論利用工具軟件QSATE對模型進行可調度性分析過程。通過分析可以有效地對系統的可調度性進行早期預測,能使設計人員在設計初期階段就能對產品性能進行分析與驗證，及時發現設計中潛在的問題,以便重新調整設計方案,以滿足系統設計要求。該方法對降低系統開發成本和縮短系統開發周期具有積極的意義。下一步工作是對車身電子穩定控制系統ESP（Electronic Stability Program）進行分布式系統建模，該系統可以進一步提高汽車行駛安全性與舒適性。
參考文獻
參考文獻
[1]TEEPE G, REMBOSKI D, BAKER R. Towards information centric automotive system architecture[R]. SAE Convergence 2002, Transportation Electronics, Detroit, 2002.
[1]TEEPE G, REMBOSKI D, BAKER R. Towards information centric automotive system architecture[R]. SAE Convergence 2002, Transportation Electronics, Detroit, 2002.
[2] OMG. UML profile for modeling and analysis of real-time and embedded systems[EB/OL]. ．
[5]SEI．Open source AADL tool environment[EB/OL]．．
[6]LIU Zhao-du，LU Jiang，SHI Kai-bin．Integrated ABS/ASR/ACC System for the Car[J].Journal of Beijing Institute of Technology,2001,V01.10,No.3.
[6]LIU Zhao-du，LU Jiang，SHI Kai-bin．Integrated ABS/ASR/ACC System for the Car[J].Journal of Beijing Institute of Technology,2001,V01.10,No.3.
[7]王偉達，丁能根.ABS／ASR集成控制系統ECU開發與驗證[J].工業控制計算機,2008,11(21):49-52.
[7]王偉達，丁能根.ABS／ASR集成控制系統ECU開發與驗證[J].工業控制計算機,2008,11(21):49-52.
WANG Wei-da, DING Xiong-geng. ECU Software and Hardware of the ABS／ASR Integral Control System [J].
WANG Wei-da, DING Xiong-geng. ECU Software and Hardware of the ABS／ASR Integral Control System [J].
Industrial Control computer,2008,11(21):49-52.
Industrial Control computer,2008,11(21):49-52.
[8] SOKOLSKY O, LEE I. Schedulability Analysis of AADL Models [M].[S.I.]:IEEE,2006
[8] SOKOLSKY O, LEE I. Schedulability Analysis of AADL Models [M].[S.I.]:IEEE,2006
[9] HUDAK J,FEILER P. Developing AADL models for control systems:a practitienor’s guide[C] .SEI,Carnegie Mellon University,2007.
[9] HUDAK J,FEILER P. Developing AADL models for control systems:a practitienor’s guide[C] .SEI,Carnegie Mellon University,2007.
[10] IRFAN H, BECHIR Z, ELIE N. Automatic framework generation for hard real-time applications[J]. Innovations Syst Softw Eng 2008, 4:107122
