8/2/2019 Design and Implementation of Attitude-control Flywheel Controller Based on RTOS

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D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o n o f A t t i t u d e - C o n t r o l F l y w h e e l C o n t r o l l e rB a s e d o n RTOSJ i a n y o n g S u , G u i j i e Y a n g , T i e c a i L i

t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e b u t a l s o f l e x i b i l i t y a n d e x p a n s i b i l i t y .A b s t r a c t- T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e d e s i g n a n d I n t h i s p a p e r , DSP i s a p p l i e d t o t h e c o n t r o l l e r , w h i c h c a ni m p l e m e n t a t i o n o f a t t i t u d e - c o n t r o l f l y w h e e l c o n t r o l l e r b as ed o n m a k e f u l l u s e o f p o we r f u l p r o c e s s i n g a b i l i t y a n d a b u n d a n tr e a l - t i m e o p e r a t i o n s y s t em (RTOS) a n d D S P . I n h a r d w a r ed e s i g n , t h e D S P , s p e c i a l l y d e s i g n e d f o r m o t o r c o n t r o l , i s a d o p t e d p e r F u t h e m o r e t h e p r o g r m b e c o e s m o r et o i m p r o v e s y s t e m p e r f o r m a n c e a n d i n t e g r a t i o n . I n s o f t w a r e c o m p l e x w i t h mo r e f u n c t i o n s o f t h e s y s t e m ar e r e q u i r e d . T h u sd e s i g n , t h e e m b e d d e d o p e r a t i n g s y s t e m g C / O S - I I i s a d o p t e d a s t h e e m b e d d e d o p e r a t i o n s y s t e m i C / O S - I I i s a d o p t e d a s t h et h e s o f t w a r e d e v e l o p m e n t p l a t f o r m t h a t c a n s u p p l y b e t t e r s o f t w a r e d e v e l o p m e n t p l a t f o r m t o e n s u r e t h e s y s t e mp o r t a b i l i t y a n d e x p a n s i b i l i t y , a s a r e s u l t t h e r e a l - t i m e r e s p o n s e r e l i a b i l i t y a n d r e a l - t i m e r e s p o n s e [ 2 ] .a n d r e l i a b i l i t y a r e e n h a n c e d f u r t h e r . Th e m e t h o d s t h a t h ow t op o r t t h e g C / O S - I I t o DSP a n d h ow t o i m p l e m e n t a p p l i c a t i o n 1 1 . HARDWARE S T R U C T U R E D E S I G Np r o g r a m s a r e d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r . G e n e r a l l y t h e b r u s h l e s s DC m o t o r i s a d o p t e d a s t h e m o t o rI . I N T R O D U C T I O N o f a t t i t u d e - c o n t r o l f l y w h e e l , a n d t h e a l l o c a t i o n t o r q u e a n d t h e

J N r e c e n t y e a r s , t r e m e n d o u s a d v a n c e s h av e b e e n m a d e i n h y s t e r e s i s t o r q u e are zero [ 3 ] . T h e m o t o r i s c o n t r o l l e d m o s t l yi n t o r q u e or s p e e d m o d e . I n s p e e d m o d e , t h e t o r q u e r e f e r e n c ew a e r o s p a c e a n d a s t r o n a u t i c s . T o wrk o u t i d e t h e a r s h i p , i s i n t e g r a t e d , a n d t h e r e s u l t i s c o m p a r e d w i t h t h e r o t o r s p e e dw h i c h c a n r e p l a c e a s t r o n a u t s t o w o r k o u t s i d e t h e a i r s h i p , h a v e whc smaueyhl eieo noe.Teerri ug o t more a n d more a t t e n t i o n . A t t i t u d e - c o n t r o l f l y w h e e l i s t h e w h i c h i s m e a s u r e d b y h a l l d e v i c e o r e n c o d e r . T h e e r r o r i s p u te x e c u t i o n u n i t o f s y s t e m s t a b i l i t y p l a t f o r m i n s p a c e r o b o t , t o P I c o n t r o l l e r a n d t h e o u t p u t i s t h e d r i v e s i g n a l . T h u s t h ew h i c h b a l a n c e s t h e m o t i o n o f m e c h an i c al a r m t o s t a b i l i z e t h ea t t i t u d e a x i s [ 1 ] . A t t i t u d e - c o n t r o l f l y w h e e l i s t h e c o r e o f t h e t o r q u e m o d e , t h e c u r r e n t r e f e r e n c e i s c o m p a r e d w i t h t h es p a c e r o b o t s y s t e m , a n d i t s r e l i a b i l i t y i s t h e k e y o f t h e r o b o t m o t o r c u r r e n t , a n d t h e error i s p u t t o t h e P I c o n t r o l l e r , t h e n t h el i f e . I t ' s o b v i o u s t h a t t h e r e s e a r c h o n t h e f l y w h e e l c o n t r o l i s c u r r e n t l o o p i s a c h i e v e d .i m p o r t a n t f o r t h e d e v e l o p m e n t o f s p a c e r o b o t t e c h n o l o g y A s t h e r e q u i r e m e n t o f s y s t e m p e r f o r m a n c e i s d i f f i c u l t t ov e r y a e f i g t s a t i s f y , DSP ( T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 ) i s a d o p t e d a s t h e c o r ea n d s p a c e f l i g h t .T h e b a s i c f u n c t i o n s o f f l y w h e e l c o n t r o l l e r a r e : r u n n i n g i n p r o c e s s o r o f t h e c o n t r o l l e r i n t h i s p a p e r . T h e CP U i s af o u r - q u a d r a n t , f a u l t p r o t e c t i o n , c o m m u n i c a t i n g w i t h o t h e r s , l o w - c o s t 3 2 - b i t f i x e d - p o i n t d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r , w h i c h* . . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ h a sb u n d a n t p e r i p h e r a l s ( C A N , S C I , S P I , A D C ) a n d h a ss y s t e m i n f o r m a t i o n o u t p u t t i n g , e t c . A t p r e s e n t t h e c o n t r o l h a a bndn pe ih rl CN C I P,AC n as y s t e m s an f o a l m o n o s t i m p l e m i n g , e t c . A t p r e s e n t e d w c u t , w c h r 1 2 8 K F l a s h a n d 1 8 k SRAM on c h i p . I t i s t h e most i m p o r t a n th a s t h i g h a r e l i a b l i s t y r m p m e s o n s e s r a p i d a n d l o g s t s r l e B u i t , t h c f e a t u r e o f t h e CP U t h a t t h e s p e c i a l m o d u l e o f m o t o r c o n t r o l i sh a s h i g h r e l i a b i l i t y , r e s p o n s e s r a p i d l y a n d c o s t s l e s s . B u t t h e itgae,wt hc oooto nvrosmdd i s a d v a n t a g e s a r e o b v i o u s s u c h a s t e m p e r a t u r e d r i f t , l o w r a t i o i n t e g r a t e d , w i t h w h i c h m o t o r c o n t r o l i n v a r i o u s m o d eo f p o w e r t o q u a l i t y [ 1 ] . T h e c o n t r o l a l g o r i t h m i s s i m p l e , b u t i t 5 b e c o m e s v e r y s i m p l e T h e c o r e c l o c k o f t h e CP U i s u p t oi s n o e a s t o moif a n a j u t 1 5 0 M H z , t h e r e f o r e c o m p l e x a l g o r i t h m c a n b e a c h i e v e d i nW i t h t h e d e v e l o p m e n t o f e m b e d d e d s y s t e m t h e c o n t r o l l i m i t e d t i m e . T h e A D C m o d u l e h a s 1 6 c h a n n e l s , c o n f i g u r a b l e

s y t e i s i m p l e m e n t e by di s e m e i n s t e a d o f a n a l a s t w o i n d e p e n d e n t 8 - c h a n n e l m o d u l e s . T h u s t w o c ha n ne lc i r c u i t s t e p b y s t e p . D i g i t a l c o n t r o l s y s t e m i m p r o v e s n o t o n l y c u r r e n t s i g n a l s c an b e s a m p l e d s i m u l t a n e o u s l y .T h e h a r d w a r e s t r u c t u r e o f t h e f l y w h e e l c o n t r o l l e r i s s h o w nM a n u s c r i p t r e c e i v e d D e c e m b e r 9 , 2 0 0 5 . i n F i g . 1 . T h e e x p a n s i o n c i r c u i t i n c l u d e s m o t o r d r i v e c i r c u i t ,J i a n y o n g S u i s w i t h t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , H a r b i n r o t o r p o s i t i o n d e c o d i n g c i r c u i t , a n a l o g s i g n a l c o n v e n t i o nI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , H a r b i n , H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1 C h i n a ( p h o n e : c i r c u i t , R S 4 8 5 a n d CAN b u s c o m mu n i c at i o n , e t c .+ 8 6 - 4 5 1 - 8 6 4 1 5 2 4 0 ; f a x : + 8 6 - 4 5 1 - 8 6 4 1 5 2 4 0 ; e - m a i l : s u j i a n y o n g @ I n o r d e r t o i m p r o v e t h e a n t i - i n t e r f e r e n c e a n d r e l i a b i l i t y , t h eh i t . e d u . c n ) .G u i j i e Y a n g i s w i t h t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , H a r b i n p h o t o c o u p l e r s a r e s e t b e t w e e n e x t e r n a l p o r t s a n d t h e r e l a t e dI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , H a r b i n , H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1 C h i n a ( p h o n e : m o d u l e s o f DSP t o i n s u l a t e t h e c o n n e c t i o n e l e c t r i c a l l y . A l l 8 6 - 4 5 1 - 8 6 4 1 5 2 4 0 ; fax:+86-4 51-86415240 ).anlgiptsglshodbecvredoaporaeT i e c a i L i i s w i t h t h e D e p ar t me n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , H a r b i n anlgiptsnlshodbecvredoaporaeI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , H a r b i n , H e i l o n g j i a n g 1 5 0 0 0 1 C h i n a ( p h o n e : v o l t a g e s i g n a l s b e f o r e t h ey a r e s a m p l e d b y DSP. T h e s e 8 6 - 4 5 1 - 8 6 4 1 5 2 4 0 ; f a x : 8 6 - 4 5 1 - 8 6 4 1 5 2 4 0 ) . s i g n a l s i n c l u d e t h r e e c h a n n e l s t a t o r c u r r e n t , b u s v o l t a g e , a n d

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e n v i r o n m e n t p a r a m e t e r s s u c h a s t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e . p o i n t e r r e g i s t e r a n d i s s a v e d o n t h e t a s k c o n t r o l b l o c k o f t a s k .T h e c o n t r o l l e r c o m m u n i c a t e s w i t h o t h e r s b y R S 4 8 5 o r CA N T h e u p p e r r e g i s t e r s o f F i g . 2 a r e s a v e d a u t o m a t i c a l l y b yb u s . T h e s y s t e m p a r am e te r s a r e s a v e d i n EEPROM. h a r d w a r e w h e n CP U i s i n t e r r u p t e d , b u t t h e l o w e r r e g i s t e r ss h o u l d b e s a v e d m a n u a l l y . A l l t h e r e g i s t e r s o f t h e CPU a r e3 2 - b i t o r 1 6 - b i t a n d t h e memory o n c h i p i s 1 6 - b i t . T h e 3 2 - b i tr e g i s t e r i s s a v e d i n t w o b y t e s . I n F i g . 2 t h e d i s p l a y u n i t i sP o w e r 3 2 - b i t , t h u s two 1 6 - b i t r e g i s t e r s are d e n o t e d i n o ne u n i t .CAN B u s ~ I s o l a t i o n - A m p l i f i c a t i o n S i x M o t o rC o m m u n i c a t i o n C i r c u i t C i 4 D r i v e S i g n a l S t a c k B o t t o m T : S T O

R S 4 8 5 solan T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 Isol A C C ( A H : A L )C o m m u n i c a t i o n C D e c o d i n g 4 M o t o r R o t o r p AutoP o r t C i r c u i t P o s i t i o n S i g n a l ARO S a v e d

--------------DP: S T IS t a c k P o i n t e r D P CA n a l o g PO t h e r s ~ C u r r e n S i g n a l M R P C S t a c kI A n a l o g Covrin C u r r e n t C o n v e r s i o n ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ A R I H : A R O H D i r e c t i o nS i g n a l s : S i g n a l s ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ X A R 2F i g . 1 . H a r d w a r e S t r u c t u r e o f A t t i t u d e - C o n t r o l F l y w h e e l C o n t r o l l e r X A R 3 lXAR4 S a v e dXAR5I I I . RTOS P O R T I N G X A R 6

W i t h more a n d more f u n c t i o n s o f f l y w h e e l c o n t r o l s y s t e m X A R 7a r e r e q u i r e d , t h e p r o g r a m b e c o m e s m o r e a n d m o r e c o m p l e x . S t a c k T o pT h e s o f t w a r e o r g a n i z e d i n t r a d i t i o n a l s u p e r - l o o p m o d e i s e a s y F i g . 2 . S t a c k S t r u c t u r e o f T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 o n T a s k S w i t c h i n gt o g e t i n t o t r o u b l e . T h e b e s t way t o a v o i d t h e p r o b l e m i s t ou t i l i z e RTOS [ 4 ] . I n a d d i t i o n , o n l y t h e p r o g r a m t h a t i s w r i t t e n T h e m a i n d u t y o f t a s k s c h e d u l i n g I S w h e n a h i g h e r p r i o r i t yi n a d v a n c e d l a n g u a g e b a s e d on RTOS h a s b e t t e r p o r t a b i l i t y t a s k i s r e a d y t o r u n , t h e c u r r e n t t a s k i s s u s p e n d e d a n d t h ea n d c a n b e r e u s e d [ 5 ] . h i g h e r p r i o r i t y t a s k i m m e d i a t e l y i s g i v e n t h e c o n t r o l o f CPUI n t h i s p a p e r t h e f a m o u s RTOS [ t C / O S - 1 1 i s a d o p t e d a s t h e [ 7 ] . T h e k e r n e l p u s h e s a l l r e g i s t e r s o f c u r r e n t t a s k t o i t s s t a c ks o f t w a r e d e v e l o p m e n t p l a t f o r m t h a t c a n b e p o r t e d t o 8 - b i t , a n d p o p s t h e m f r o m t h e s t a c k o f t h e t a s k r e a d y t o r u n a t t h e1 6 - b i t a n d 3 2 - b i t m i c r o p r o c e s s o r . T h i s RTOS i s a p p l i e d i n same o r d e r . T h e RTOS c a n w o r k p r o p e r l y a s l o n g a s e a c hmany p r o d u c t s s u c c e s s f u l l y a n d r e l i a b l y . t a s k h a s t h e same s t a c k s t r u c t u r e .p t C / O S - I I i s d e s i g n e d o n m i c r o k e r n e l a n d i s w r i t t e n i n S t a c k o f T a s k 1 S t a c k o f T a s k nC - l a n g u a g e , w h i c h i s c o n f i g u r a b l e , s c a l a b l e a n d h i g h l yp o r t a b l e . p t C / O S - I I i s a r e a l - t i m e m u l t i t a s k p r e e m p t i v e k e r n e l T : S T O T : S T OA C C ( A H : A L ) ~ ~ ~ A C C ( A H : A L )b a s e d o n p r i o r i t y a n d c a n m a n a g e u p t o 6 4 t a s k s [ 6 ] . T h e A C C ( A H : A L )k e r n e l p r o v i d e s many s e r v i c e s s u c h a s t a s k s c h e d u l i n g , O t h e r R e g i s t e r s .......Other R e g i s t e r si n t e r n a l t a s k c o m m u n i c a t i o n , t i m e r a n d memory m a n a g e m e n t . X A R 6 X A R 6I n t e r n a l t a s k c o m m u n i c a t i o n a n d s y n c h r o n i z a t i o n a r e X T X Ti m p l e m e n t e d w i t h s e m a p h o r e , m a i l b o x a n d m e s s a g e q u e u e .p t C / O S - I I i s w r i t t e n f o r e m b e d d e d a p p l i c a t i o n s t h a t T a s k C o n t r o l B l o c k T a s k C o n t r o l B l o c ke m p h a s i z e s t h e u n i v e r s a l a s p e c t o f d i f f e r e n t CP U a n d l a c k s S t a t u s S t a t u sS P S Pt h e c o r r e s p o n d i n g i n t e r f a c e a c c o r d i n g t o d i f f e r e n t h a r d w a r e P r i o r i t y P r i o r i t yo p e r a t i o n . p t C / O S - I I s h o u l d b e r e w r i t t e n a n d s u p p l e m e n t e db e f o r e i t i s p o r t e d t o D S P . T h e r e w r i t t e n p a r t i s a b o u t t h e M e m o r yc o m p i l e r i n c l u d i n g c o n s t a n t , m a c r o a n d d a t a t y p e d e f i n i t i o n .T h e s u p p l e m e n t e d p a r t i s a b o u t t h e c o r r e s p o n d i n g h a r d w a r e C P U T : S T Oi n t e r f a c e p r o g r a m i n c l u d i n g i n t e r r u p t i m p l e m e n t a t i o n , A C C ( A H : A L )i n t e r r u p t s e r v i c e , t a s k s w i t c h i n g , s t a c k m a n a g e m e n t , a n d s o O t h e r R e g i s t e r s R e g i s t e ro n . I n t h i s p r o c e s s , t h e s t a c k m a n a g e m e n t i s t h e m o s t C o n t e x tXAR6i m p o r t a n t a n d c o m p l i c a t e d s i n c e i t d e c i d e s w h e t h e r t h e X A R 7s y s t e m c an w o r k a c c u r a t e l y [ 6 ] . X TF i g . 2 s h o w s t h e s t a c k s t r u c t u r e o f T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 o n t a s k F g .MliakShdlro M3021s w i t c h i n g . A l l t h e r e g i s t e r s s h o u l d b e s a v e d i n c l u d i n g s t a t e T h e s c h e m a t i c d i a g r a m o f m u l t i t a s k s c h e d u l e r i s s h o w n i nr e g i s t e r s ( S T O , S T i ) , a u x i l i a r y r e g i s t e r s ( X A R O - X A R 7 ) , F i g . 3 . E a c h t a s k h a s i t s own s t a c k m e m o r y a n d t h e CP Ua c c u m u l a t o r r e g i s t e r ( A C C ) , M u l t i p l i c a n d r e g i s t e r ( X T ) , r e g i s t e r s a r e p o p p e d ( o r p u s h e d ) f r o m ( o r i n t o ) t h e m e m o r y .p r o g r a m c o u n t e r ( P C ) , a n d o t h e r r e g i s t e r s . S P i s t h e s t a c k I n a d d i t i o n e v e r y t a s k h a s a t a s k c o n t r o l b l o c k ( T C B ) , i n

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8/2/2019 Design and Implementation of Attitude-control Flywheel Controller Based on RTOS

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w h i c h a l l t h e i n f o r m a t i o n o f t h e t a s k i n c l u d i n g t h e s t a c k p o i n t p r i o r i t y i s n o t a d o p t e d . T h e m o r e i m p o r t a n t t h e t a s k i s , t h e( S P ) i s s a v e d . Wh en t a s k s w i t c h i n g o c c u r s , t h e k e r n e l f i n d s h i g h e r p r i o r i t y i s g i v e n t o i t . A s t h e c o m m u n i c at i o n a n dt h e TCB w i t h h i g h e s t p r i o r i t y a n d t h e TCB o f c u r r e n t t a s k s y s t e m f a u l t p r o c e s s a r e i n t h e s t a t e o f w a i t i n g m e s s a g e q u e u ef i r s t , t h e n t h e s t a c k s t h a t t h e y p o i n t t o a r e a c q u i r e d , a n d a n d a c h i e v e d i n i n t e r r u p t m o d e , t h e p r i o r i t y o f t h e m a r e t h ef i n a l l y t h e o p e r a t i o n b e t w e e n t h e s t a c k a n d CP U r e g i s t e r s h i g h e s t . S o t h e s y s t e m f a u l t p r o c e s s h a s t h e f i r s t p r i o r i t y . T h ed i s c u s s e d a b o v e i s e x e c u t e d . CA N b u s a n d R S 4 8 5 c o m m u n i c a t i o n h a ve t h e s e c o n d a n dT h e DSP t i m e r p r o v i d e s t h e s y s t e m t i c k . A c c o r d i n g t o t h i r d . A s t h e e n v i r o n m e n t m o n i t o r i n g a n d i n n e r d a t ad i f f e r e n t t i m e r s e t t i n g , t h e RTOS w o r k s a t r e l e v a n t f r e q u e n c y . p r o c e s s i n g a r e t h e p r i m a r y p e r i o d i c t a s k s , t h e y h a v e t h e f o r t hT h e f r e q u e n c y o u g h t n ' t t o b e s e t t o o g r e a t s i n c e e a c h t a s k a n d f i f t h . T h e p a r a m e t e r s s y n c h r o n i z a t i o n a n d i n s t r u c t i o ns h o u l d w o r k s u f f i c i e n t l y i n o n e t i c k . T h e c o d e s i z e o f g e n e r a t i o n a r e l e s s i m p o r t a n t t h a n o t h e r s , s o t h e i r p r i o r i t i e sp t C / O S - I I i s o v e r 1 00 k a n d s o m e s e r v i c e s a r e n e e d l e s s , s o t h e a r e t h e l o w e s t .u n u s e d c o d e s s u c h a s m e m o r y m a n a g e m e n t n e e d t o b e An i n t e g r a t e d f u n c t i o n w i l l b e a c c o m pl i sh e d t h r o u g hd e l e t e d . T h e s i z e o f t h e r e s t c o d e i s a b o u t 1 0 k a f t e r d e l e t i o n . s e v e r a l t a s k s w i t h d i f f e r e n t p r i o r i t i e s , a n d t h e r e a r e m a n yI n t h i s p a p e r t h e RTOS h a s w o r k e d o n t h e DSP s t e a d i l y t h a t p a r a m e t e r s t o b e t r a n s f e r r e d b e t w e e n t h e m . T h ei n c l u d e s o n l y t a s k a n d t i m e m a n a g e m e n t . c o m m u n i c a t i o n a n d s y n c h r o n i z a t i o n o f d i f f e r e n t t a s k sb e c o m e s i m p l e a n d r e l i a b l e w h e n s e m a p h o r e , m a i l b o x a n dI V . A P P L I C A T I O N PROGRAM I M P L E M E N T A T I O N m e s s a g e q u e u e p r o v i d e d b y p t C / O S - I I a r e a d o p t e d .

T h e p r i m a r y f u n c t i o n s o f a t t i t u d e - c o n t r o l f l y w h e e l S y s t e m I n i t t a l i z a t t o n an dc o n t r o l l e r a r e m o t o r l o o p c o n t r o l w h i c h i n c l u d e s t o r q u e a n d C r e a t i n g T a s k M o d u l e ss p e e d c o n t r o l a n d b u s c o m m u n i c a t i o n w h i c h i n c l u d e s R S 4 8 5 r-------------------- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -orANus. |System F a u l t CA N B u s R S 4 8 5 B u s I n t e r n a l D a t a P a r a m e t e r s I n s t r u c t i o nr C A N b u s . I ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ P r o c e s s i n go m m u n i c a i t i o n ' o C o m m u n i c a i t i o n 40 P r o c e s s S y n c h r o n i z a t i o n ' o g e n e r a t i o nI n t h i s p a p e r , t h e c u r r e n t l o o p r e f r e s h f r e q u e n c y i s 1 0 k H z . A p p l i c a t i o n P r o g r a mT h i s i s why t h e h i g h s p e e d DSP i s r e q u i r e d ; o t h e r w i s e t h e ------------------------------------------p r o g r a m o f c o n t r o l a l g o r i t h m c o u l d n ' t b e e x e c u t e d f u l l y . And S y s t e m F u c t i o nt h e l o o p c a l c u l a t i o n i s a c c o m p l i s h e d i n t h e CP U t i m e r S e m a p h o e Kre akShdln iei n t e r r u p t s e r v i c e r o u t i n e w h i c h i n t e r r u p t s a t 1 0 k H z . I f t h e T r a n s f eI ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ T h eo r e o f C / 0 S - I Ic a l c u l a t i o n i s c o m p l e x , t h e p r o g r a m i s b e t t e r i m p l e m e n t e d L - _ _ _ _ _ _ _ _w i t h a s s e m b l y l a n g u a g e i n o r d e r t o r e d u c e e x e c u t e t i m e a n d r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --------------------I~ ~ ~ D S P T i ei m p r o v e t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e . T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 TG e n e r a l l y , t h e RTOS c l o c k i s p r o v i d e d b y s p e c i a l CP U -------------------------------------------t i m e r , w h i c h i s s e t b y u s e r a c c o r d i n g t o t h e a p p l i c a t i o n . I n t h i s Fig. . P r o g r a m S t r u c t u r e o f C o n t r o l l e rp a p e r , t h e c u r r e n t s a m p l e i n t e r r u p t i s a d o p t e d a s t h e k e r n e l F i g . 4 s h o w s t h e s t r u c t u r e o f a p p l i c a t i o n t a s k s b a s e d o nt i m e r , a n d 1 0 k H z i s a p p r o p r i a t e i n t h i s s y s t e m . p t C / O S - I I a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n RTOS a n d D S P . A sT a b l e I s h o w s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t i m e t i c k a n d k e r n e l t h e l o o p c a l c u l a t i o n i s a c h i e v e d i n i n t e r r u p t s e r v i c e r o u t i n e , i tp a r a m e t e r s . I t c a n b e s e e n t h a t w h e n t h e t i m e t i c k i s h i g h e r t h e i s n ' t s h o w n i n t h e f i g u r e . F r o m t h e p r a c t i c a l e x p e r i m e n t , i t i sCP U u s a g e i s g r e a t e r , b u t a t t h e s a m e t i m e t a s k s w i t c h i n g d i s c o v e r e d t h a t s o m e f u n c t i o n m o d u l e s c a n n o t b e a c h i e v e d b yc o s t s m o r e t i m e . I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e s y s t e m w o r k s b a d l y o n e t a s k a n d h a v e t o b e d i v i d e d i n t o s o m e s u b - t a s k s , w h i c hw h e n t h e t i m e t i c k e x c e e d s 2 0 k H z . c a n m a k e f u l l u s e o f t h e w a i t i n g t i m e . F o r e x a m p l e , t h ec o m m u n i c a t i o n o n CA N b u s i s d i v i d e d i n t o s e v e r a l t a s k s :TABLE I c i r c u l a r r e g i s t e r , g l o b a l d a t a s u m m o n s , t i m e b r o a d c a s t i n g ,R E L A T I O N S H I P BETWEEN T I M E T I C K AND KERNEL PARAMETERS r e m o t e d e m a n d s d e l i v e r .T i m e T i c k CP U U s a g e T a s k S wi t c h T i m e s( k H z ) ( 0 ) ( 1 / s )1 1 3 3 0 V . EXPERIMENTS AND RESULTS2 . 5 2 1 3 3 T h e p r i m a r y p a r a m e t e r s o f t h e f l y w h e e l i n t h e e x p e r i m e n t1 0 5 0 4 8 a r e : PM b r u s h l e s s DC m o t o r , maximum a n g u l a r momentum2 0 6 8 5 5 I N . m . s , b u s v o l t a g e 2 8 V , s i x p o l e s a n d s i x h a l l d e v i c e s . T h ec u r r e n t l o o p r e f r e s h f r e q u e n c y i s 1 0 k H z , a n d t h e s p e e d l o o pB e s i d e s t h e l o o p c o n t r o l , t h e c o n t r o l l e r h a s o t h e r f u n c t i o n s r e f r e s h f r e q u e n c y i s 5 k H z . T h e c o n t r o l l e r a d o p t s t h e d i g i t P Iw h i c h a r e d i v i d e d i n t o p e r i o d i c a n d n o n p e r i o d i c t a s k s . r e g u l a t o r w i t h a n t i - w i n d u p .P e r i o d i c t a s k s i n c l u d e i n t e r n a l d a t a p r o c e s s i n g , e n v i r o n m e n t T h e e x p e r i m e n t r e s u l t s i n t o r q u e m o d e a r e s h o w n i n F i g . 5m o n i t o r i n g . N o n p e r i o d i c t a s k s i n c l u d e R S 4 8 5 a n d CAN b u s a n d F i g . 6 . T h e h o r i z o n t a l a x i s u n i t o f t h e t w o f i g u r e s i sc o m m u n i c a t i o n , s p e e d o r t o r q u e i n s t r u c t i o n g e n e r a t i o n , 0 . 0 5 5 6 m s p e r d i g i t a l n u m b e r , a n d t h e v e r t i c a l a x i s u n i t i sc o n t r o l l e r p a r a m e t e r s s y n c h r o n i z a t i o n , s y s t e m f a u l t p r o c e s s , 1 . 2 m A p e r d i g i t a l n u m b e r .a n d o t h e r p r o c e s s . F i g . 5 i s t h e s t e p r e sp on s e w i th c u r r e n t r e f e r e n c e v a r i e sI n p i C / O S - I I a l l t h e t a s k s h a v e s t a t i c p r i o r i t i e s a n d d y n a m i c f r o m z e r o t o 0 . 6 A . T h e r i s i n g t i m e i s 8 .3 ms a n d t h e c u r v e h a s

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n o o v e r s h o o t . T h e c u r v e s h o w s t h e s y s t e m c h a r a c t e r i s t i c o f t h e a p p l i c a t i o n o f R T O S .q u i c k r e s p o n s e . F u r t h e r m o r e p o r t i n g t h e RTOS i m p r o v e s t h e i n d e p e n d e n c eF i g . 6 i s t h e r e sp o n s e c u r v e w h e n c u r r e n t r e f e r e n c e v a r i e s o f t h e a p p l i c a t i o n f u n c t i o n m o d u l e s . E a c h m o d u l e c a n b ef r o m - 1 . 2 A t o + 1 . 2 A . T h e f l y w h e e l r u n s f r o m 1 s t t o 3 r d p o r t e d t o o t h e r d e s i g n e a s i l y a n d a f f e c t s t h e f o r m e r s o f t w a r eq u a d a n t a n d t h e m o t o r s t a t e v a r i e s f o r m b r a k i n g t o s l i g h t l y . I n a d d i t i o n t h e p l a t f o r m t h a t i s c o m p o s e d o fa c c e l e r a t i n g . T h e f i g u r e s h o w s t h a t t h e f l y w h e e l c a n w o r k a t p t C / O S - I I a n d T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 i s b e n e f i c i a l t o o t h e r p r o j e c t s ,z e r o s p e e d n e ar b y a n d t h e r e i s n o t o r q u e j u m p i n g w h e n m o t o r w h i c h c a n r e d u c e t h e r e p e t i t i v e w o r k , d e v e l o p m e n t p e r i o dd e c e l e r a t e s . H o w e v e r s o m e f l y w h e e l c o n t r o l s y s t e m s c a n ' t a n d d i f f i c u l t y .i m p l e m e n t t h e s e f u n c t i o n s . REFERENCES5 50I 0 0 [ 1 ] L i u K un e t a l . S t u d y o n C o n t r o l o f M i c r o - S a t e l l i t e V i a R e a c t i o n - W h e e l .

4 5 0 ( a ) A e r o s p a c e S h a n g h a i . 2 0 0 4 , ( 2 ) : 1 1 - 1 3b ( ) [ 2 ] J a e h w a n L e e , M o o n e y . V . J . , D a l e b y . A , I n g s t r o m . K . A c o m p a r i s o n o f4 0 0 t h e RTU h a r d w a r e RTOS w i t h a h a r d w a r e / s o f t w a r e R T O S .350 - 2 P r o c e e d i n g s o f t h e ASP-DAC 2 0 0 3 . J a n . 2 0 0 3 , p p . 6 8 3 - 6 8 8 .3 0 o o - [ 3 ] Y a n g N i n g e t a l . A n a l y s i s a n d R e se a r c h n o t h e P r o p o s a l o f t h e H i g h2 5 0 P r e c i s i o n F l y w h e e l C o n t r o l S y s t e m . A e r o s p a c e C n o t r o l .2 0 0 - 2 0 0 4 , 2 2 ( 3 ) : 5 0 - 5 31 5 - [ 4 ] P r z y w a r a A n d r e , K u s c h. R e al - T im e O p e r a t i n g S y s t e m s o n S m a l lE m b e d d e d D e v i c e s f o r I n d u s t r i a l C o n t r o l a n d C o m m u n i c a t i o n . T h e1 0 0 - l 2 9 t h A n n u a l C o n f e r e n c e o f t h e IEEE I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s S o c i e t y ,5 0 R o a n o k e , U n i t e d S t a t e s , 2 0 0 3 , 1 1 : 2 0 4 7 - 2 0 5 2

_ _ _ _ _ _ , ,-[5] K o h o u t P a u l , G a n e s h B r i n d a . H a r d w a r e S u p p o r t f o r R e a l - t i m e0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 0 O O 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 t O p e r a t i n g S y s t e m s . H a r dw a r e / S o f tw a r e C o d e s i g n - P r o c e e d i n g s o f t h e( a ) C u r r e n t r e f e r e n c e ; ( b ) C u r r e n t f e e d b a c k I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p , N e w p o r t B e a c h, U n i te d S t a t e s , 2 0 0 3 , 1 0 :F i g . 5 . S t e p R e s p o n s e C u r v e w h e n c u r r e n t r e f e r e n c e i s 0 . 6 A 4 5 - 5 1[ 6 ] JEAN J . L A B R O S S E , g C / O S - I I : T h e R e a l - T i m e K e r n e l , C h i n a : C h i n aE l e c t r i c P o w e r P r e s s , M a y , 2 0 0 3 .1 0 0 0 ( [ 7 ] B r u n o D u t e r t r e , V i c t o r i a S t a v r i d o u . F o r m a l A n a l y s i s f o r R e a l - T i m e

8 00 S c h e d u l i n g . D i g i t a l A v i o n i c s S y s t e m s C o n f e r e n c e s , 2 0 0 0 . P r o c e e d i n g s .6 00 | ( b ) DASC. T h e 1 9 t h . P h i l a d e l p h i a , P A , U S A , 2 0 0 0 , 1 : 1 - 74 0 0 12 0 0

- 2 0 0 l- 4 0 0- 6 0 0- 8 0 0

- 1 0 0 0 -0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 g o 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 t

( a ) C u r r e n t r e f e r e n c e ; ( b ) C u r r e n t f e e d b a c kF i g . 6 . R e s p o n s e C u r v e w h e n c u r r e n t r e f e r e n c e v a r i e s f r o m - 1 . 2 A t o 1 . 2 AT h e s p e e d r e s p o n s e c u r v e i s n o t p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r , b u tt h e s y s t e m p e r f o r m a n c e c a n b e e v a l u a t e d f r o m t h e c u r r e n tc u r v e . T h e r e s u l t s i l l u s t r a t e s t h a t t h e s y s t e m r e q u i r e m e n t o fm o t o r c o n t r o l i n t o r q u e a n d s p e e d m o d e i s s a t i s f i e d .I n a d d i t i o n , t h e r e s u l t s p r o v e i n d i r e c t l y t h a t t h e s y s t e mr e s p o n d s t o t h e i n s t r u c t i o n q u i c k l y w h i c h a r e t r a n s m i t t e d

t h r o u g h R S 2 3 2 o r CA N b u s . And t h e e x p e r i m e n t r e s u l t i ss a m e e v e r y t i m e a n d n o t i n f l u e n c e d b y t h e p r o g r a m e x e c u t i o n ,w h i c h i s t h e a d v a n t a g e o f RTOS a d o p t i o n , e s p e c i a l l y w h e nt h e s y s t e m i s c o m p l e x .V I . CONCLUSION

I n t h i s p a p e r t h e e m b e d d e d o p e r a t i o n s y s t e m i C / O S - I I h a sr u n o n t h e DSP s u c c e s s f u l l y a n d s t e a d i l y . A l l t h e f u n c t i o n s o ff l y w h e e l c o n t r o l l e r a r e a c h i e v e d o n t h e p l a t f o r m a n d t h es y s t e m p e r f o r m a n c e i s i m p r o v e d e s p e c i a l l y t h e r e l i a b i l i t y a n dr e a l - t i m e c h a r a c t e r . I t ' s p r o v e d f r o m t h e e x p e r i m e n t r e s u l t st h a t t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e i s s a t i s f i e d a n d n o t i n f l u e n c e d b y

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