● 摘要
空间细胞培养实验装置的发展方向是实现长期自主运行及智能化，其嵌入式系统需要完成硬件控制、环境参数监控、数据管理、远程遥控等多项任务。本文设计了适合这种需求的嵌入式系统硬件及软件。在空间辐射环境下，采用低集成度的芯片有利于提高硬件稳定性，因此以Freescale公司的MC9S12系列芯片为基础，设计搭建了基本的硬件平台，留出了必要的外围接口，并设计了底层驱动程序。软件方面，为保证长期稳定性，选用了较为成熟的实时操作系统μC/OS-Ⅱ。本文阐述了在MC9S12上移植的技术难点、实施步骤和实现技术。针对关键硬件的实时控制需求设计了可在50us内响应的最高优先级任务。着重针对空间细胞培养装置对于内存利用率的要求，设计了能够精确分配的动态内存管理算法，以弥补μC/OS-Ⅱ原有内存管理模块的不足。该算法兼顾了系统对实时性和内存利用率的要求，实现了内存块的精确分配和空闲块的合并，有效控制了内存的碎片率，为系统长期稳定运行提供了良好的资源基础。本文以理论分析及实验测试为依据对该嵌入式系统的内核占用内存情况以及系统实时性、内存利用率、碎片率等进行了分析评估。