摘要 介绍应用于实时嵌入式控制系统的新型软件giotto，并应用于工业自主小车的控制系统设计中。giotto支持控制系统设计的自动化，将与平台无关的功能和时限从与平台相关的调度和通信事件中分离。giotto基于时间触发的任务调用和模式转换具有可预报性，尤其适合于有硬实时约束的嵌入式控制。
　　关键词 giotto 实时嵌入式控制 自主小车

引 言
　　随着计算机技术、控制技术、信息技术的快速发展，工业的生产和管理方式进入了生产自动化、控制智能化时代，特别是分布嵌入式系统的应用，更加需要标准化、实时的控制模块和i/o功能模块，以便系统集成，构建适应于恶劣环境的复杂分布式系统。实时嵌入式软件模块适合于没计复杂的分布式系统，它支持分布的、异构设备的系统建摸和构造。嵌入式模块的作用是提供使复杂性容易处理的结构和技术，基于giorio的嵌入式控制设汁更适合具有硬实时控制约束的应用。本文中，平台指硬件结构、操作系统和通信协议，由cpu、传感器、执行器和网络组成。与平台无关的事件包括应用功能和时限，与平台相关的事件包括时序安排、通信和物理特性。

1 giotto编程特点
　　传统的实时嵌入式软件设计是在抽象的数学模型基础上，控制工程师根据对象行为和环境影响，利用求解模型的软件工具，得到模型的功能和性能，然后交给软件工程师针对给定的平台写出代码，并在给定的平台上检验和优化代码，直到得出满意的时间行为。在这个过程中，常常丢失了模型和代码之间紧密的对应关系，放弃了软件的复硝性，增加了软件设计的复杂度，因而产生的软件是弱化的，难于在不同的平台上应用。

　　基于giotto的嵌入式控制软件设计将功能程序从特定平台分离，将时限从功能中分离，其与平台无关性使得它具有更好的实时性、可靠性及可复用性，更适合嵌入式实时分布系统。图l为基于giotto的嵌入式控制系统的设计流程图。首先，控制工程师和软件工程师就控制设计的功能和时限达成一致，设计一个giotto程序；然后，软件工程师使用giotto编译器产生一个可执行代码，该代码能连接giotto运行时间库，将程序映射到给定的平台。giotto运行时间库提供一个时序安排和通信的中间层，这一层定义了giotto可执行程序与平台之间的接口。目前已经建立了一个giotto运行时间库，用于intel x86机上wind river的vxworks实时操作系统。

2 giotto编程技术
　　giotto是一种与平台无关，且在特定控制领域应用中具有高水平的编程语言。giotto的设计用于高要求的控制应用，这些应用要求周期性地渎取传感器，调用任务，更新执行和模式转换。giotto基于时间触发编程，从传感器到cpu以及cpu到执行器之问的通信由全局时钟触发，使其具有可预报性。giotto程序不指定与平台相关的部分，如优先权、通信等。其优点是与具体的执行平台无关，能与任何实时操作系统、调度运算法则以及实时通信协议兼容。

　　giotto的两个核心组成部分是：周期性的任务调用和模式转换。一个giotto程序指定一系列的模式，每一种模式又包含一系列的任务和模式转换。每一时刻，程序都执行在特定的模式p下，每个p模式转换包含1个评估函数和1个目标模式q，只有评估函数为真时系统才转换为新模式q。

　　giotto任务是一项剧期性的工作，其输入和输出端几分别在任务周期的启动和结束时更新，但giotto任务不一定要在周期开始时启动，只需在周期内启动和完成。图2(a)显示了运行在同一个cpu上的1个40ms任务m和1个10ms任务n的时序，虚线为目前任务占用cpu的可能情况。在第oms，m和n都读取它们输入端口的值；在第10 ms，任务n的计算结果写入它的输出端口，但是n早已结束执行(如图中虚线所示)；在第40 ms，任务m的计算结果写入它的输出端口，但任务m在第40ms之前已经完成执行。无论任务m在0～40 ms的任何时间完成计算，任务n都只会在第40 ms读其结果。

　　在giotto中一个任务可以看作是一个工作单元，一旦开始，就必须要完成。任务周期没结束时，模式转换不能终止任何任务。给定一个giotto模式p(包括分别由40 ms和10 ms调用的giotto任务m和n)和一个giotto模式q(包括分别由40ms和5ms调用的giotto任务m和r)。图2(b)显示了在p模式中的第10ms模式转换被激活的时序，此时模式p转换为模式q。由于p和q都包含任务m，所以任务m不会终止，但任务n被周期为5ms的任务r代替。

3 物流系统自主小车设计
　　2一自主小车系统包括2个自主小车，每个自主小车包含一个微处理器、马达和触摸式传感器。设定在任何时候只有一个自主小车是领导者，而其他自主小车是跟随者。其中，处于领导或避开状态的自