基于S3C44BOX用中斷方式在μC/OS-Ⅱ上實現多任務通信
發布時間：2010-7-31 20:00
發布者：lavida
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當今,各種嵌入式的電子產品已經深入到我們生活的方方面面,嵌入式操作系統也已成為最熱門的話題之一,其中免費型的實時操作系統μC/OS-Ⅱ因其可移植、可固化、可裁剪、可確定性等特點,已經成功的應用在很多商業產品上。在嵌入式操作系統中,對中斷的處理分為兩個部分:面向應用的編程接口部分和面向底層的處理部分,因為涉及這兩部分的文件眾多,關聯復雜,對軟硬件的熟悉程度要求較高,較之查詢方式編寫程序過程相應也要復雜一些,所以以往大多數應用都使用查詢方式來進行數據通信。但使用中斷方式可以提高處理器的工作效率以及提高對實時數據的處理實效,文章將著重討論如何用中斷方式在嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ上實現多任務通信。 S3C44BOX簡介及ARMSDT215仿真環境簡介 S3C44BOX是SAMSUNG公司推出的一款微處理器芯片,采用了ARM7TDM I內核,0.25μm工藝的CMOS標準宏單元和存儲編譯器[2]。它的低功耗精簡和出色的全靜態設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。S3C44BOX采用了一種新的總線結構SAMBAII(SAMSUNGARMCPU嵌入式控制器總線結構)。S3C44BOX最突出的特點是它的CPU核采用了ARM公司的16/32位ARM7TDMIRISC結構(主頻66MHz)。S3C44BOX通過提供全面的、通用的片上外設,大大減少了系統電路中除處理器以外的元器件配置,從而最小化系統的成本。ARMSDT(the ARMSoft ware Development Toolkit)是ARM公司推出的集成開發工具,由一整套應用程序、支持文檔和例子構成,其目的是方便用戶在ARM芯片上進行應用軟件的開發�？梢杂脕砭帉懞驼{試ARM系列RISC處理器的應用程序,可以對C、C++或ARMassembly語言程序進行編譯和調試。 實時操作系統μC/OS_Ⅱ及其在S3C44BOX上的移植 μC/OS_Ⅱ是一個占先式實時多任務內核,該內核屬于搶占式，可以管理64個任務,但有8個任務保留以備將來使用,因此用戶的應用程序最多可有56個任務。μC/OS_Ⅱ是完全可剝奪型的實時內核,即它總是運行就緒條件下優先級最高的任務。μC/OS_Ⅱ在S3C44BOX上的移植實質是指使μCOS_Ⅱ這個實時操作系統能夠在S3C44BOX這個微處理器平臺上運行。μC/OS_Ⅱ的絕大部分源碼是用移植性很強的ANSIC寫的,只有與微處理器硬件相關的部分是用匯編語言寫的,所以整個移植工作可以分為兩部分:一部分是設置與處理器和編譯器相關的代碼,另一部分是編寫與操作系統相關的函數。μC/OS_Ⅱ的全部源代碼量大約是5500行,源碼清晰易讀、結構協調,所以在將μC/OS_Ⅱ移植到S3C44BOX處理器上時,只需要修改以下幾處: 在OSCPU.H文件中:與編譯器相關的數據類型、堆棧的增長方向、定義S3C44BOX上實現開關中斷的兩個函數OSENTERCRITICAL()和OSEXITCRITICAL()和其他相關宏定義等; 在OSCPUC.C文件中:根據S3C44BOX的特定結構改寫任務堆棧初始化函數OSTaskStkInit()、編寫5個hook函數OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook(): 在OSCPUA.ASM文件中:用匯編語言改寫4個與處理器相關的函數OSStartHighRdy()、OSTASKSW()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()。 用中斷方式在μC/OS_Ⅱ上進行多任務通信系統的實現 以基于S3C44BOX實現串口和網絡接口的透明數據傳輸接口板設計為例,介紹用中斷方式實現多任務通信的實現。 硬件設計部分 硬件部分是由S3C44BOX、2Mbyte的FlashHY29LV160、8Mbyte的同步SDRAMK4S641632、MAX232接口芯片、RTL8019網絡芯片組成。通過串口可以與近距離設備進行通信,網口則是對基于網絡的遠程控制器件提供接口,然后由嵌入式系統來實現對該設備的遠程監控。系統結構如圖1。 圖1硬件結構圖 硬件設計中,HY29LV160、RTL8019、K4S641632F的片選腳分別和S3C44BOX的引腳GCS0、GCS3、GCS6相連,因此這幾個外圍芯片的起始地址分別為0x00000000、0x06000000、0x0c000000。 軟件設計部分 軟件部分的主程序主要有三個任務,任務1是調用時間延時函數,它的優先級設置為最低,其作用是在沒有串/網口任務時使LC/OS2進行一次任務調度,從而去執行下一個優先級最高的就緒態任務。任務2是對已在串口中斷處理程序中判斷了類型的接收數據進行相對應的處理。任務3則是對網口接收數據進行處理。此設計用中斷方式來實現多任務通信的思想就是在中斷處理程序中將數據接收下來,回到任務中再進行處理,這樣可以避免查詢方式中占用單個任務太多時間的缺點,從而讓多任務通信進行得更迅速,更有效。 整個程序采用匯編語言和C語言編寫,主要由三部分組成:與S3C44BOX硬件有關的初始化程序、應用主程序、修改過的LC/OS2源程序。該軟件設計部分用來實現數據交換、遠程控制、智能管理等功能。網口部分涉及到另一個重要內容嵌入式TCP/IP協議,因篇幅有限,只具體介紹串口部分,網口的實現方法與之相似。 應用主程序是用C編寫,通過S3C44BOX的初始化程序中Bmain語句跳轉進入的,首先對串口的端口、波特率、數據位等進行初始化,然后設定串口中斷調用函數的地址,該地址和下面串口中斷源的地址一致,然后通過對中斷寄存器的設置打開串口中斷,這時才開始啟動任務,在任務中完成對串口數據的處理。在主程序中程序流程見圖2。 圖2應用主程序流程圖 在編寫與S3C44BOX硬件有關的初始化程序時主要是對S3C44BOX內部各寄存器進行初始化,S3C44BOX有七種異常中斷向量,地址為0x00—0x1c(其中0x14地址保留),這些是硬件固化了的地址,不能用軟件隨意改變,只能根據各異常中斷向量地址編寫中斷入口點,在入口地址處放置一條跳轉指令,跳轉到異常處理程序。當內部或外部中斷產生時,程序會跳轉到相對應的異常中斷向量地址處,在應用主程序的初始化過程中已通過S3C44BOX內部寄存器INTMOD將串口中斷設置為IRQ中斷模式,所以在該部分程序中,當串口中斷產生時,會跳轉到IRQ異常中斷向量地址處,根據跳轉語句進入到對應的IRQ異常處理程序中。因為IRQ有30個中斷源,所以在該處理程序中要判斷中斷源的類型,判斷是串口中斷后就跳轉到位于操作系統中的串口中斷處理調用程序中去。其中每個中斷源的物理地址(起始地址加上矢量地址)是在數據段中定義的,起始地址則是根據硬件結構在option.a文件中設置,為0x0c7fff00。 串口中斷處理調用程序位于μC/OS_Ⅱ源程序的OS_CPU_A.S文件中,中斷處理程序是用C語言在44blib.c文件中根據具體項目要求編寫的,之所以不直接跳轉到中斷處理程序中去,是因為在對串口中斷處理過程中可能有優先級更高的任務進入就緒態,如在串口處理過程中若更高優先級的網口任務就緒,則進行任務的切換,任務的切換是在操作系統中進行的,所以該部分程序是必須的。在程序的開頭處用IMPORT指令對中斷處理函數進行申明,這樣就能在程序中用BL指令直接調用位于44blib.c文件中的處理函數,處理函數主要是對各種串口數據進行識別和分類,然后交給任務去處理。程序流程如圖3所示。 圖3 調用程序 目前該硬件和軟件已調試完成, 能準確迅速的收發數據, 并開始應用于電子標簽閱讀器的通信接口中。 結論 用中斷方式在μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統上實現多任務通信, 較之傳統的查詢方式特別是在多任務情況下可以提高處理器S3C44BOX 的工作效率以及提高實時數據的處理實效, 對實際工程應用具有一定的參考價值。 |
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