淺析μC/OS-Ⅱ設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

ADRd(ChannelNumber)

{

選擇要讀取的模擬輸入通道;

等待A M U X 輸出穩(wěn)定;

啟動(dòng)A D C 轉(zhuǎn)換;

等待來(lái)自ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷產(chǎn)生的信號(hào)量;

if (超時(shí)){

*err=信號(hào)錯(cuò)誤;

return;

} else {

讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果并將其返回到應(yīng)用程序 ;

}

}

ADCoversion Complete ISR{

保存全部CPU 寄存器; /* 將CPU的PSW、ACC、 B、

DPL、DPH及Rn入棧*/

通知內(nèi)核進(jìn)入ISR(調(diào)用OSIntEnter()或OSIntNesTIng直接加1);

發(fā)送A D C 轉(zhuǎn)換完成信號(hào); /* 利用μC/OS-II內(nèi)核的

OSSemPost()*/

通知內(nèi)核退出ISR(調(diào)用OSIntExit());

恢復(fù)所有CPU 寄存器; /* 將CPU 的PSW、ACC、B、DPL、DPH及Rn出棧*/

執(zhí)行中斷返回指令(即RETI);

}

在這種方法里，要求ISR執(zhí)行時(shí)間與調(diào)用等待信號(hào)的時(shí)間之和為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。

如果A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間小于處理中斷時(shí)間與等待信號(hào)所需的時(shí)間之和，則可以用第三種方法。如圖3所示，前兩步(①②同以上兩種方法)結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)程序接著在一個(gè)軟件循環(huán)中等待(③)ADC直到完成轉(zhuǎn)換。在循環(huán)等待時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序檢測(cè)ADC的狀態(tài)(BUSY)信號(hào)。如果等待時(shí)間超過(guò)設(shè)定的定時(shí)值(軟件定時(shí))，則結(jié)束等待循環(huán)(循環(huán)等待超時(shí))。如果在循環(huán)等待中，檢測(cè)到ADC發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號(hào)(BUSY)時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果(④)并將結(jié)果返回到應(yīng)用程序(⑤)。

驅(qū)動(dòng)程序偽代碼如下：

ADRd(ChannelNumber){

選擇要讀取的模擬輸入通道;

等待A M U X 輸出穩(wěn)定;

啟動(dòng)A D C 轉(zhuǎn)換;

啟動(dòng)超時(shí)定時(shí)器;

while (ADC Busy Counter??0);/* 循環(huán)檢測(cè) */

if (Counter==0){

*err=信號(hào)錯(cuò)誤;

return;

} else {

讀取ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果并將其返回到應(yīng)用程序 ;

}

}

A/D 轉(zhuǎn)換速度快，這種驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)是最好的。

4.2 C8051F015單片機(jī)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器

再來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下C8051F015單片機(jī)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的配置及特點(diǎn)。

在C8051F015 單片機(jī)中，ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期至少在400ns，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘應(yīng)不大于2MHz。一般在啟動(dòng)ADC之前都要處于跟蹤方式，而ADC一次轉(zhuǎn)換完成要用16個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。另外，在轉(zhuǎn)換之前還要加上3個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的跟蹤/保持捕獲時(shí)間，所以完成一次轉(zhuǎn)換需19個(gè)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘(9.5μs)。圖1中的方法簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換時(shí)間在ms級(jí)以上，一般用于變化慢的模擬輸入信號(hào)，不適用于C8051F015。

圖2中的方法，為了減少μC/OS-II內(nèi)核調(diào)用ISR所用時(shí)間，ISR一般都用匯編語(yǔ)言編寫。從程序1中ISR偽代碼可以看出，盡管ISR用匯編語(yǔ)言編寫，代碼效率高，但μC/OSII調(diào)用ISR的時(shí)間與調(diào)用等待信號(hào)時(shí)間之和大于A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間，所以C P U用于ISR 和循環(huán)檢測(cè)的開銷大。圖3 所示的方法顯然適合于C8051F015 單片機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是：可以獲得快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間;不需要增加一個(gè)復(fù)雜的ISR;轉(zhuǎn)換時(shí)信號(hào)改變時(shí)間更短;C P U 的開銷小;循環(huán)檢測(cè)程序可被中斷，為中斷信號(hào)服務(wù)。

4.3 A/D驅(qū)動(dòng)程序的編寫

外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序是實(shí)時(shí)內(nèi)核和硬件之間的接口，是連接底層硬件和內(nèi)核的紐帶。編寫驅(qū)動(dòng)程序模塊應(yīng)滿足以下主要功能：① 對(duì)設(shè)備初始化;② 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù);③ 讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù);④ 監(jiān)測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的異常。

A/D轉(zhuǎn)換電路作為一個(gè)模擬輸入模塊，μC/OS-II內(nèi)核應(yīng)把它作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)(以下稱為ADTask())來(lái)調(diào)用。A/D驅(qū)動(dòng)程序模塊流程如圖4所示。ADInit()初始化所有的模擬輸入通道、硬件ADC以及應(yīng)用程序調(diào)用A/D模塊的參量，并且ADInit()創(chuàng)建任務(wù)ADTask()。ADTb1 [ ]是一個(gè)模擬輸入通道信息、ADC硬件狀態(tài)等參數(shù)配置以及轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)表。ADUpdate()負(fù)責(zé)讀取所有模擬輸入通道，訪問(wèn)ADRd()并傳遞給它一個(gè)通道數(shù)。ADRd()負(fù)責(zé)通過(guò)多路復(fù)用器選擇合適的模擬輸入，啟動(dòng)并等待ADC轉(zhuǎn)換，以及返回ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果到ADUpdate()。

在μC/OS-II 實(shí)時(shí)內(nèi)核下各原型函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和常量的定義如下。

INT16S ADRd(INT8U ch);

/* 定義如何讀取A/D，A/D必須通過(guò)AIRd()來(lái)驅(qū)動(dòng) */

void ADUpdate(void);

/* 一定時(shí)間內(nèi)更新輸入通道 */

void ADInit(void);

/* A/D 模塊初始化代碼，包括初始化所有內(nèi)部變量(通

過(guò)ADInit()初始化ADTb[])，初始化硬件A/D(通過(guò)ADInitI())及創(chuàng)建任務(wù)ADTask() */

void ADTask(void data);

/* 由ADInit()創(chuàng)建，負(fù)責(zé)更新輸入通道(調(diào)用ADUpdate()) */

void ADInitI(void);

/* 初始化硬件A/D */

AD_TaskPrio：設(shè)置任務(wù)ADTask()的優(yōu)先級(jí)。

AD_TaskStkSize：設(shè)置分配給任務(wù)ADTask()的堆棧大小。

AD_MaxNummber ：AMUX 的輸入通道數(shù)。

AD_TaskDly：設(shè)定更新通道的間隔時(shí)間。

AD ADTb1[AD_MaxNummber]：AD 類型的數(shù)組(AD 是定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

4.4 總結(jié)

對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器接口電路驅(qū)動(dòng)程序的編寫歸納出以下幾點(diǎn)：

① 在決定采用具體的驅(qū)動(dòng)方案之前，分析設(shè)備接口電路的特點(diǎn)，尤其是了解設(shè)備的配置和特點(diǎn);

② 對(duì)于處理速度快的設(shè)備，可能出現(xiàn)CPU的處理速度與設(shè)備處理速度不匹配，一般的設(shè)備中不帶有FIFO緩沖區(qū)，須在內(nèi)存中開辟緩沖區(qū);

③ 在應(yīng)用程序讀取設(shè)備之前，一定要初始化硬件(調(diào)用初始化函數(shù))，合理定義硬件的信息和狀態(tài)變量;

④ 不同的外設(shè)配置、環(huán)境、轉(zhuǎn)換精度等都會(huì)影響到設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，要對(duì)各個(gè)不同的外設(shè)進(jìn)行具體分析。

5. 結(jié)束語(yǔ)

在μC/OS-Ⅱ下沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，對(duì)硬件的控制和管理是通過(guò)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)備的初始化、設(shè)備的讀寫和控制對(duì)應(yīng)各自的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)各自的功能。μC/OS-Ⅱ下開發(fā)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)該考慮到具體硬件的特征和配置情況，對(duì)不同的外設(shè)情況選擇最佳的硬件控制和管理方法。