近年来，跟着电力电子技能的快速开展，各种电力电子设备在电力体系、工业、交通及家庭中的运用日益广泛，加之跟着高压直流输电技能的运用和整流器、变频调速器等很多非线性负载的运用，使电网中产生了很多的高次谐波，造成了电压电流波形产生严峻的畸变。当电网中存在的谐波成分超越约束标准时，将严峻影响电力体系和用电设备运转的安全性、可靠性、安稳性和经济性，一起也严峻污染了周围的电气环境。而关于谐波的问题触及许多方面，其间谐波检测是谐波问题的一个重要分支，也是处理其他谐波问题的重要条件[1]。因而，关于谐波剖析设备的研讨对谐波污染的办理具有重要的含义。
现在，在对电网的谐波进行在线检测和剖析时，常选用采样数字式剖析设备，在其体系软件规划中，多选用单使命无次序机制。这种机制使体系的安全性得不到彻底确保，常常呈现安全性差的问题[2]。而这个问题关于安稳性、实时性、准确性、快速性要求很高的谐波剖析设备来说是不答应的。因而，在体系规划中，引进具有强实时性和抢占式多使命的嵌入式操作体系μC/OS-II作为操作渠道，能够使体系的安稳性有很大的改进，使运用程序模块化，然后进步代码的可读性、可扩展性和可移植性，加快了程序开发的速度[3]。
本文剖析了电力体系谐波丈量要求以及μC/OS-II在NiosII上的移植来完结准确的谐波检测。
1 体系规划
1.1 μC/OS-II实时操作体系简介
μC/OS-II是根据优先级的抢占式实时多使命内核，优先级算法效率高，使命切换速度快，其功能与其他商业内核相似，其特色与优势能够归纳为以下几个方面[4]：
(1)揭露源代码：源代码明晰易读且结构和谐，注解翔实，安排有序。
(2)可移植性：μC/OS-II源码绝大部分是用移植性很强的ANSI C编写的，而与微处理器硬件相关部分则选用汇编言语编写，并且压到了最低极限。只需该处理器有仓库指针，有CPU内部寄存器入栈出栈指令就能够移植μC/OS-II。
(3)可裁剪：能够只运用μC/OS-II中运用程序需求的那些体系服务。这种可裁剪性是靠条件编译完结的。
(4)占先式：μC/OS-II彻底是占先式实时内核，即总是运转安排妥当条件下优先级最高的使命。
(5)多使命：能够办理64个使命，但体系保留了8个使命，运用程序最多能够有56个使命。赋予每个使命的优先级有必要是不相同的。
(6)可确定性：悉数μC/OS-II的函数调用和服务的履行时刻具有可确定性，即它们的履行时刻是可知的，也便是说，μC/OS-II体系服务的履行时刻不依赖于运用程序使命的多少。
(7)使命栈：每个使命有自己独自的栈，μC/OS-II答应每个使命有不同的栈空间。
(8)体系服务：μC/OS-II供给多种体系服务，如邮箱、音讯行列、信号量、块巨细固定的内存的申请与开释、时刻相关函数等。
(9)中止办理：中止可使正在履行的使命暂时挂起，中止嵌套层数可达255层。
(10)安稳性与可靠性：μC/OS-II是根据μC/OS的，μC/OS自1992年以来己有好几百个商业运用。
1.2 硬件渠道简介
在本电力谐波剖析体系中，其间包含嵌入式微处理器(嵌入式软核处理器NiosII)、FFT运算单元和对收集数据进行处理的信号处理电路，该信号处理电路包含信号获取电路、调度电路和采样转化电路，其间：信号获取电路包含精细电压互感器和精细电流互感器，精细电压电流互感器的输入端用于接纳收集的电压电流信号，输出端接调度电路输入端，如图1所示。
从现场取来的电压和电流信号，首要进入精细电压、电流互感器组U1，电压和电流信号经其进行降压限流处理后进入信号调度电路U2；信号调度电路U2可由精细电阻和电位器合作高精度集成运放AD574组成，以完结对电压信号的电平调整；经过精细电压、电流互感器U1、信号调度电路U2处理后，从现场取来的高压、大电流信号就转化成合适后续电路处理的弱电信号，接着该弱电信号进入低通抗混叠滤波电路U3，低通抗混叠电路U3首要由低通抗混叠滤波器组成，用于滤除高频信号成分，使输入到后级电路中的AD转化器的信号为有限带宽信号，该电路U3是以很小的衰减让有用的频率信号经过，而按捺这个频带以外的频率信号，然后避免信号的频谱产生混叠及高频搅扰。在本体系中，低通抗混叠滤波电路U3选用低通抗混叠滤波%&&&&&%Max293低通滤波器，再由后级电路中AD转化器自身各通道都具有内置的抗混叠滤波器并选用∑-△以及过采样技能，使得本体系具有杰出的抗搅扰才能和抗混叠功能，确保了FFT运算能够得到准确的成果。
1.3 μC/OS-II文件结构与硬件渠道联系
μC/OS-II的内核文件结构与硬件渠道的联系如图2所示。能够看出，μC/OS-II内核介于硬件渠道和用户运用程序之间，经过与CPU相关的几个模块与硬件渠道进行交互，为用户运用程序供给杰出的运用程序接口(API)[5]。
操作体系把体系软件和硬件部分阻隔开来，这样就使得体系的设备操作程序与硬件设备无关，然后大大进步了体系的可移植性。并且软硬件的测验作业都可别离根据操作体系来完结，使得软硬件体系并行进行测验成为可能。
2 μC/OS-II内核向NiosII的移植操作
所谓移植，便是使一个实时内核在某个微处理器或微操控器上运转，为了便利移植，μC/OS-II大部分的代码用C言语写，但仍需求用汇编言语写一些与处理器相关的代码，这是因为μC/OS-II在读写处理器寄存器时只能经过汇编言语来完结。
μC/OS-II能够看作是一个多使命的调度器，在这个使命调度器上添加了和多使命操作体系相关的一些体系服务。μC/OS-II的规划分为与处理器类型无关的代码、与处理器类型相关的代码和与运用程序有关的装备代码三部分。这也是μC/OS-II具有杰出的可移植性的原因。移植作业首要会集在多使命切换的完结上。这部分代码首要是用来保存和康复处理器现场(即相关寄存器)，因而不能用C言语，只能运用特定处理器的汇编言语完结。在NiosII上移植μC/OS-II只需修正三个和Nios体系结构相关的文件即可[6，7]。下面别离介绍这三个文件的移植作业。
2.1 OS_CPU.H文件
这部分的移植是和所用的编译器相关的，本文运用的编译器是nios-elf-gcc。需求界说的数据类型包含无符号和有符号的8 bit、16 bit和32 bit整型变量等。
因为处理器现场的寄存器在使命切换时都将被保存在当时运转使命的仓库中，所以OS_STK数据类型应该与处理器的寄存器长度共同。
typedef unsigned int OS_STK；
仓库由高地址向低地址增加，这和挑选的编译器有关。
#define OS_STK_GROWTH 1
宏界说(包含开、关中止的宏界说，以及进行使命切换的宏界说)：
#define OS_ENTER_CRITICAL()disable_interrupt()；
#define OS_EXIT_CRITICAL()enable_interrupt()；
#define OS_TASK_SW()OSCtxSw
2.2 OS_CPU_C.C文件
该文件有必要完结使命初始化时的仓库规划，也便是在仓库增加方向上怎么界说每个需求保存的寄存器的方位。本文将仓库空间规划为按使命仓库空间由高至低顺次保存寄存器ra、ISTATUS、r1～r31。
该文件还需求完结几个操作体系规则的hook函数，一般都完结为空函数。
2.3 OS_CPU A.ASM文件
(1)OSStartHighRdy()函数
此函数是在OSStart()多使命发动后，担任从最高优先级使命的TCB操控块中取得该使命的仓库指针sp，经过sp顺次将CPU现场康复。这时体系就将操控权交给用户创立的该使命进程，直到该使命被堵塞或许被其他更高优先级的使命抢占CPU。该函数仅仅在多使命发动时被履行一次，用来发动优先级最高的使命履行，今后多使命的调度和切换就由下面的函数来完结。
(2)OSCtxSw()函数
使命级的上下文切换。它是当使命因被堵塞而自动恳求CPU调度时被履行的。它的作业是先将当时使命的CPU现场保存到该使命仓库中，然后取得最高优先级使命的仓库指针，从该仓库中康复此使命的CPU现场，使之持续履行。
(3)OSIntCtxSw()函数
中止级的使命切换，它是在ISR(中止服务例程)中履行使命切换。当发现有高优先级使命安排妥当，则在中止退出后并不回来被中止的使命，而是直接调度安排妥当的最高优先级使命履行。这样做的意图是能够尽快地让高优先级的使命得到呼应，确保体系的实时性。其原理基本上与使命级的切换相同，可是因为进入中止时现已保存过被中止使命的CPU现场，因而这儿就不必再保存。
(4)OSTickISR()函数
时钟中止处理函数。它的首要使命是担任处理时钟中止，调用体系完结的OSTimeTick函数，如果有等候时钟信号的高优先级使命，则需求在中止等级上调度其履行。
(5)OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRIT%&&&&&%AL()函数
该函数别离是进入临界区和退出临界区的宏指令。首要用于在进入临界区之前关中止，在退出临界区的时分康复本来的中止状况。
本文将实时嵌入式操作体系μC/OS-II作为操作渠道，完结在NiosII上的移植，用于在电力体系谐波剖析中的准确检测。该电力谐波剖析仪不光能够对电网进行实时在线谐波剖析，并且能够对数据进行远传，具有精度高、运转安稳、实时性好、抗搅扰才能强、性价比高级特色，特别是它具有高安稳性和强实时性，为处理电力谐波问题供给了一种有用的剖析设备。
