基于M D K RTX的COrtex—M3多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　RL—RTX選擇Cortex上定時(shí)器1產(chǎn)生周期性中斷，相鄰中斷之間的時(shí)間就是時(shí)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(shí)時(shí)間是否到。這種周期性的中斷形成了RL—RTX的時(shí)鐘節(jié)拍。采用Cortex—M3的處理器STM32F103VB的CPU時(shí)鐘頻率為72 MHz，VPBDIV分頻值為4，輸出的時(shí)鐘頻率為18 MHz。系統(tǒng)推薦的時(shí)間片為1～lOO ms。

　　使用RL—RTX，包含以下幾個(gè)步驟：

　　第1步，由于RL—RTX集成在MDK開發(fā)套件中，在使用MDK創(chuàng)建工程后，需要在工程中添加RTX內(nèi)核選項(xiàng)。選擇Project→Options for Target，在Operating下拉框中選擇RTX內(nèi)核，使得在編譯時(shí)把RL—RTX所需的庫編譯進(jìn)去。

　　第2步，在嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)中使用RL—RTX內(nèi)核，須對其進(jìn)行配置。復(fù)制＼Keil＼ARM＼Startup目錄下RTX_Config．c文件到工程文件夾并添加到工程中。該文件中，部分配置參數(shù)說明如表3所列。

　　基于Cortex—M3平臺(tái)的超溫報(bào)警器，可以設(shè)計(jì)3個(gè)任務(wù)并發(fā)，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示。3個(gè)任務(wù)較小，系統(tǒng)安排的任務(wù)棧足夠使用，棧的容量以32位無符號(hào)整型定義，容量為64字。選擇硬件平臺(tái)片上定時(shí)器1。

　　DSl8820具有300 ms的更新速率，在采集數(shù)據(jù)過程中，通過多次采集取平均值，數(shù)據(jù)采集任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間為30 ms，數(shù)據(jù)處理任務(wù)執(zhí)行時(shí)間為40 ms，數(shù)據(jù)顯示任務(wù)執(zhí)行時(shí)間為20 ms。根據(jù)公式，對響應(yīng)時(shí)間的要求：t(響應(yīng)時(shí)間)=N(進(jìn)程數(shù)目)×q(時(shí)間片)?？傮w響應(yīng)時(shí)間為90 ms，進(jìn)程數(shù)目為3，因此時(shí)間片設(shè)置為30 ms合適。在任務(wù)OS_IDLE_DEMON()中添加休眠代碼，空閑時(shí)系統(tǒng)休眠，降低功耗。

　　第3步，復(fù)制＼Keil＼ARM＼Startup下Retarget．c文件到工程文件夾中，并添加到工程中。

　　修改文件，使其包含如下內(nèi)容：

　　該文件的目的是避免半主機(jī)方式軟件中斷，因?yàn)檫@時(shí)所有中斷都由RL—RTX統(tǒng)一管理。半主機(jī)是用于ARM目標(biāo)的一種機(jī)制，可將來自應(yīng)用程序代碼的輸入／輸出請求傳送至運(yùn)行調(diào)試器的主機(jī)。它由一組已定義的SWI操作來實(shí)現(xiàn)。庫函數(shù)調(diào)用相應(yīng)的SWI(軟件中斷)，然后調(diào)試代理程序處理SWI異常，并提供所需的與主機(jī)之間的通信。

　　4 應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　4．1 多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　根據(jù)圖1所示的最小系統(tǒng)框圖，采用由表及里(out—side-in approach)分解應(yīng)用的方法設(shè)計(jì)多任務(wù)。該應(yīng)用的上下文框圖如圖3所示，中間的圈表示軟件應(yīng)用，矩形框表示應(yīng)用的輸入和輸出設(shè)備。箭頭標(biāo)有具體含義名，表示輸入和輸出通信的流程。

　　根據(jù)上下文框圖以及避免“資源沖突”原則，將對同一個(gè)外設(shè)的訪問放在同一個(gè)設(shè)備中，無論何時(shí)切換任務(wù)，都不會(huì)對任何獨(dú)立的“外設(shè)”造成影響。

　　將應(yīng)用分解為4個(gè)任務(wù)，RL—RTX的第一個(gè)任務(wù)必須是系統(tǒng)任務(wù)Init Task，該任務(wù)用來初始化其他3個(gè)任務(wù)，任務(wù)創(chuàng)建完畢后，3個(gè)任務(wù)都處于READY狀態(tài)；第2個(gè)任務(wù)t_phase_ADC Task用來讀取A／D采樣的數(shù)據(jù)；第3個(gè)任務(wù)t_phase_DEA Task用來處理采樣的數(shù)據(jù)；第4個(gè)任務(wù)t_phase_DIS Task用來將數(shù)據(jù)送到LCD液晶屏上，顯示、控制LED燈閃爍和蜂鳴器高頻報(bào)警。圖4顯示了任務(wù)觸發(fā)的流程。

　　定義任務(wù)：

　　使用os_tsk_create創(chuàng)建任務(wù)t_phase_ADC、t_phase_DEA、t_phase_DIS。

　　os_tsk_delete_self刪除自身任務(wù)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。任務(wù)的創(chuàng)建和初始化是在主函數(shù)中定義的：

　　任務(wù)初始化完畢后，3個(gè)任務(wù)都處于就緒狀態(tài)。t_phase_ADC任務(wù)用來采樣，多次采樣取平均值，通過給任務(wù)t_phase_DEA發(fā)信號(hào)signal_func(t_phase_DEA)，喚醒t_phase_DEA任務(wù)。

　　os_evt_wait_and進(jìn)行控制。該任務(wù)判斷采樣的數(shù)據(jù)是否在警戒溫度范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)溫度異常，置標(biāo)志位為1。執(zhí)行完自身任務(wù)后，通過signal_func(t_phase_DIS)，將喚醒t_phase_DIS任務(wù)。

　　t_phase_DIS任務(wù)用來在LCD液晶屏上顯示溫度值。如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)志位為1，則LED燈閃爍和蜂鳴器高頻報(bào)警。

　　4．2 應(yīng)用設(shè)計(jì)測試

　　采用基本RMA可調(diào)度性測試。式1用來完成系統(tǒng)的基本RMA可調(diào)度性測試。

　　這里：Ci為與周期性任務(wù)i相關(guān)的最壞執(zhí)行時(shí)間，Ti為與任務(wù)i相關(guān)的周期，n為任務(wù)的個(gè)數(shù)。

　　U(n)是利用系數(shù)，式1的右邊是理論處理器利用率的上界。如果給定一組任務(wù)，其處理器利用率小于理論利用率上界，則這組任務(wù)是可調(diào)度的。U的值隨n的增加而下降；當(dāng)n的值為無限時(shí)，最終收斂于69％。

　　表4總結(jié)了使用RMA進(jìn)行調(diào)度的3個(gè)任務(wù)的特性。

　　使用式1，該應(yīng)用設(shè)計(jì)處理器利用率計(jì)算如下：

　　應(yīng)用設(shè)計(jì)總的利用率是27．42％，低于78％的理論邊界。此4個(gè)任務(wù)的系統(tǒng)是可調(diào)度的，該應(yīng)用設(shè)計(jì)是成功的。

　　結(jié) 語

　　本文描述了如何在Cortex—M3上使用MDK RL—RTX的方法，并給出了一個(gè)簡單的多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)。可以看出多任務(wù)的程序設(shè)計(jì)被大大簡化了，它不但滿足多個(gè)任務(wù)的時(shí)間要求，降低了開發(fā)難度，而且程序的可讀性和可維護(hù)性也有了很大的提高。利用MDK RL—RTX構(gòu)建的嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)具有成本低、性能高等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，有著良好的發(fā)展前景。