基于M D K RTX的COrtex—M3多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)
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(duì)各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。MDKRL—IUX是一個(gè)實(shí)時(shí)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(shí)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(jì),縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期。
Cortex—M3是一個(gè)32位的核。它是首個(gè)基于ARMv7M架構(gòu),主要針對(duì)價(jià)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(jì),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(shí)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(qǐng)求,作為系統(tǒng)的時(shí)基,計(jì)時(shí)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(gè)全功能的內(nèi)核,可以結(jié)合實(shí)時(shí)軟件庫中的其他組件。例如,加入實(shí)時(shí)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(tái)的構(gòu)建
STM32F103VB是ST公司基于Cortex—M3的處理器。它有1個(gè)128 KB Flash,1個(gè)20 KB SRAM,4個(gè)16位定時(shí)器,100個(gè)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(jí)電源管理功能。
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存RAM和程序存儲(chǔ)器Flash為芯片自帶,系統(tǒng)外接A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成控制器?;贑ortex-M3核的最小系統(tǒng)框圖如圖1所示。
基于該平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)超溫報(bào)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(shí)間內(nèi)溫度超出正常溫度,蜂鳴器發(fā)出100 dB警報(bào)且LED燈閃爍示警??梢赃M(jìn)一步在該平臺(tái)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(shí),GPS將現(xiàn)場經(jīng)緯度以及時(shí)間通過GPRS以短信方式發(fā)送給監(jiān)控中心,GPRS模塊自動(dòng)撥打有關(guān)人員移動(dòng)電話或固定電話報(bào)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(shí)間片輪轉(zhuǎn)切換。在基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)任務(wù)機(jī)制下,CPIJ的執(zhí)行時(shí)間被劃分為若干時(shí)間片,由RL—RTX分配一個(gè)時(shí)間片給每個(gè)任務(wù),在該時(shí)間片內(nèi)只執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。當(dāng)時(shí)間片到,在下一個(gè)時(shí)間片中無條件地執(zhí)行另外一個(gè)任務(wù)。所有任務(wù)都輪詢一次后,再回頭執(zhí)行第一個(gè)任務(wù)。
RL—RTX最多可以定義256個(gè)任務(wù),所有任務(wù)都可以同時(shí)激活成為就緒態(tài)。RL—RTX用戶任務(wù)具有表1所列的幾個(gè)狀態(tài)。
一般情況下,任務(wù)切換由時(shí)間片控制,但有時(shí)需要用事件控制任務(wù)切換。RL—RTX事件主要有超時(shí)(Timeout)、間隔(Interval)和信號(hào)(Signal)三種。
Timeout:掛起運(yùn)行任務(wù)指定數(shù)量的時(shí)鐘周期,調(diào)用OS_DLY_WAIT函數(shù)的任務(wù)將被掛起,直到延時(shí)結(jié)束才返回到Ready狀態(tài),并可被再次執(zhí)行。延時(shí)時(shí)間由SysTick衡量,可以設(shè)置從1至OxFFFE的任何值。
Interval:時(shí)間間隔,任務(wù)在該時(shí)間間隔中不運(yùn)行,該時(shí)問間隔與任務(wù)執(zhí)行時(shí)間獨(dú)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(gè)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(gè)任務(wù)都分配了一個(gè)單獨(dú)的堆棧區(qū),各個(gè)任務(wù)所用堆棧位置是動(dòng)態(tài)的,用task_id記錄各堆棧棧底位置。有多個(gè)嵌套子程序調(diào)用或使用大量的動(dòng)態(tài)變量時(shí),自由空間會(huì)被用完。使能棧檢查(Stack Checking),系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行OS_STK_0VERFLOW()堆棧錯(cuò)誤函數(shù)進(jìn)行堆棧出錯(cuò)處理。RL—RTX堆棧管理如圖2所示。
評(píng)論