基于ARM7的RTU微控制器的設(shè)計(jì)

3 軟件整體層次結(jié)構(gòu)

RTU 中的程序有應(yīng)用程序、μC/OS-II 操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)程序，整體層次關(guān)系如圖2。μC/OS-II 沒有提供硬件驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)核接口和用戶接口，為了讓程序移植性好，需要對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序按類型進(jìn)行統(tǒng)一的封裝，提供統(tǒng)一的編程接口，使應(yīng)用程序開發(fā)人員可以不考慮具體硬件的細(xì)節(jié)就可以編程。給上層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的系統(tǒng)設(shè)備調(diào)用接口，需要對(duì)設(shè)備的訪問操作進(jìn)行抽象，應(yīng)用程序通過硬件驅(qū)動(dòng)程序的上層訪問抽象接口來訪問底層硬件。驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)借鑒了Linux 系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到嵌入式操作系統(tǒng)的特殊性，為μC/OS-II 建立了如圖2 中所示的驅(qū)動(dòng)框架模型。驅(qū)動(dòng)主要分兩個(gè)層次：驅(qū)動(dòng)程序的上層訪問抽象接口和硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。

(1)上層訪問抽象接口層：這層包括抽象接口和設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)兩部分。通過對(duì)設(shè)備訪問操作的抽象，為上層應(yīng)用提供了5 個(gè)訪問接口API 函數(shù)： Open、Read、Write、Ioctrl、Close，用于打開、讀、寫、控制和關(guān)閉設(shè)備。設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)框架的核心，為系統(tǒng)中的每個(gè)硬件設(shè)備分配唯一的設(shè)備名，上層應(yīng)用程序通過將設(shè)備名作為參數(shù)傳遞給API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備的核心管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定位尋址，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一訪問控制。

(2)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊層：這層是硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊功能的實(shí)現(xiàn)層，對(duì)各個(gè)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)在相應(yīng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊中完成。分別完成設(shè)備的打開、讀、寫、控制和關(guān)閉功能。

為了使程序具有良好的可讀性、可維性，采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，即自頂向下，逐步求精的程序設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)，從問題本身開始，經(jīng)過逐步細(xì)化，將解決問題的步驟分解為由基本程序結(jié)構(gòu)模塊組成的結(jié)構(gòu)化程序框圖，使每一個(gè)模塊的功能變單純而明確，為下一步軟件的功能擴(kuò)充和修改打下了良好的基礎(chǔ)。

4 功耗的管理設(shè)計(jì)

4.1 外設(shè)的功耗管理

功耗管理，除CPU 核的控制外，還要保證外設(shè)在需要使用時(shí)及時(shí)上電，使用完后立即關(guān)閉，從而達(dá)到降低功耗的目的。對(duì)外設(shè)的功耗管理通過IO 輸出口來控制MOS 管的通斷，從而打開或關(guān)斷外部設(shè)備的電源。

通信電臺(tái)的功耗最大，占系統(tǒng)耗電量的比例大，需要嚴(yán)格的計(jì)算控制。電臺(tái)設(shè)備從上電啟動(dòng)到關(guān)閉分三個(gè)階段：上電啟動(dòng)階段T1，數(shù)據(jù)發(fā)送階段T2，等待數(shù)據(jù)發(fā)送階段T3。

(1)設(shè)備上電的時(shí)機(jī): 信道編碼后，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)打開。

(2)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間T1：設(shè)備從上電到可以發(fā)送數(shù)據(jù)需要一個(gè)過渡時(shí)間，具體的時(shí)間值與設(shè)備有關(guān)，需要看具體設(shè)備的手冊(cè)。

(3)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間T2：這里的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間是指數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去的時(shí)間，當(dāng)數(shù)據(jù)從串口發(fā)出后，程序會(huì)返回一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢的信息，T2 時(shí)間由接口設(shè)備自動(dòng)控制。

圖3 通信設(shè)備功耗控制示意圖