基于MDK RTX的Cortex-M3多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計
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MDK開發(fā)套件源自德國Keil公司，是ARM公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。MDKRL—IUX是一個實時操作系統(tǒng)(RTOS)內(nèi)核，完全集成在MDK編譯器中。廣泛應(yīng)用于ARM7、ARM9和Cortex-M3設(shè)備中。它可以靈活解決多任務(wù)調(diào)度、維護(hù)和時序安排等問題?；赗L—I訂X的程序由標(biāo)準(zhǔn)的C語言編寫，由Real—View編譯器進(jìn)行編譯。操作系統(tǒng)依附于C語言使聲明函數(shù)更容易，不需要復(fù)雜的堆棧和變量結(jié)構(gòu)配置，大大簡化了復(fù)雜的軟件設(shè)計，縮短了項目開發(fā)周期。
Cortex—M3是一個32位的核。它是首個基于ARMv7M架構(gòu)，主要針對價格敏感但又具備高系統(tǒng)效能需求的嵌入式應(yīng)用設(shè)計，如微控制器、汽車車體系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)裝置等。它內(nèi)核緊湊，性能更高，采用了Thumb一2指令集架構(gòu)，中斷時間更短，標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)存映射，帶有內(nèi)置SysTick的集成式NVIC。 SysTick能定期地產(chǎn)生異常請求，作為系統(tǒng)的時基，計時更準(zhǔn)確。
MDK RL—RTX和Cortex—M3都源自ARM公司。ARM公司將其無縫整合在MDK開發(fā)套件中，因此將RL—RTX移植到Cortex—M3上非常適合。RL—RTX作為一個全功能的內(nèi)核，可以結(jié)合實時軟件庫中的其他組件。例如，加入實時庫中RL—Flasht文件系統(tǒng)組件，就可以讀寫標(biāo)準(zhǔn)SD卡和 MMC卡上面的文件；加入RL—TCPnet組件，可應(yīng)用于HTTP Web，ServeI’、TFTP Server和SMTP Client等?？蓴U(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。
2 基于COrtex—M3硬件平臺的構(gòu)建
STM32F103VB是ST公司基于Cortex—M3的處理器。它有1個128 KB Flash，1個20 KB SRAM，4個16位定時器，100個可編程的I／0引腳，具有I2C、SPI、USB、15SART和CAN接口，2路10通道12位A／D轉(zhuǎn)換器，RTC功能模塊，WDT功能和高級電源管理功能。
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存RAM和程序存儲器Flash為芯片自帶，系統(tǒng)外接A／D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成控制器。基于Cortex-M3核的最小系統(tǒng)框圖如圖1所示。
基于該平臺，設(shè)計一個超溫報警器。使用美國半導(dǎo)體Dalias公司的智能溫度傳感器DS18820采樣，LCD顯示溫度數(shù)值，如果短時間內(nèi)溫度超出正常溫度，蜂鳴器發(fā)出100 dB警報且LED燈閃爍示警。可以進(jìn)一步在該平臺上進(jìn)行擴(kuò)展，加入GPS和GPRS模塊，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時，GPS將現(xiàn)場經(jīng)緯度以及時間通過GPRS 以短信方式發(fā)送給監(jiān)控中心，GPRS模塊自動撥打有關(guān)人員移動電話或固定電話報警。
3 MDK RL—RTX的配置與移植
RL—RTX在任務(wù)管理方面不僅支持搶先式任務(wù)切換，而且支持時間片輪轉(zhuǎn)切換。在基于時間片的輪轉(zhuǎn)任務(wù)機(jī)制下，CPIJ的執(zhí)行時間被劃分為若干時間片，由 RL—RTX分配一個時間片給每個任務(wù)，在該時間片內(nèi)只執(zhí)行這個任務(wù)。當(dāng)時間片到，在下一個時間片中無條件地執(zhí)行另外一個任務(wù)。所有任務(wù)都輪詢一次后，再回頭執(zhí)行第一個任務(wù)。
RL—RTX最多可以定義256個任務(wù)，所有任務(wù)都可以同時激活成為就緒態(tài)。RL—RTX用戶任務(wù)具有表1所列的幾個狀態(tài)。
一般情況下，任務(wù)切換由時間片控制，但有時需要用事件控制任務(wù)切換。RL—RTX事件主要有超時(Timeout)、間隔(Interval)和信號 (Signal)三種。
Timeout：掛起運行任務(wù)指定數(shù)量的時鐘周期，調(diào)用OS_DLY_WAIT函數(shù)的任務(wù)將被掛起，直到延時結(jié)束才返回到Ready狀態(tài)，并可被再次執(zhí)行。延時時間由SysTick衡量，可以設(shè)置從1至OxFFFE的任何值。
Interval：時間間隔，任務(wù)在該時間間隔中不運行，該時問間隔與任務(wù)執(zhí)行時間獨立。
Signal：用于任務(wù)間通信，可以用系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行置位或復(fù)位。如果一個任務(wù)調(diào)用了wait函數(shù)等待Signal未置位，則該任務(wù)被掛起直到Signal 置位，才返回READY狀態(tài)，可再被執(zhí)行。
RL—RTX中主要的系統(tǒng)函數(shù)說明如表2所列。
RL—RTX為每個任務(wù)都分配了一個單獨的堆棧區(qū)，各個任務(wù)所用堆棧位置是動態(tài)的，用task_id記錄各堆棧棧底位置。有多個嵌套子程序調(diào)用或使用大量的動態(tài)變量時，自由空間會被用完。使能棧檢查(Stack Checking)，系統(tǒng)會執(zhí)行OS_STK_0VERFLOW()堆棧錯誤函數(shù)進(jìn)行堆棧出錯處理。RL—RTX堆棧管理如圖2所示。
RL—RTX選擇Cortex上定時器1產(chǎn)生周期性中斷，相鄰中斷之間的時間就是時間片的長度。在其中斷服務(wù)程序中進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，并判斷執(zhí)行了延遲函數(shù)的任務(wù)的延時時間是否到。這種周期性的中斷形成了RL—RTX的時鐘節(jié)拍。采用Cortex—M3的處理器STM32F103VB的CPU時鐘頻率為72 MHz，VPBDIV分頻值為4，輸出的時鐘頻率為18 MHz。系統(tǒng)推薦的時間片為1～lOO ms。
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