基于Cortex―M3的自動氣象站設(shè)計

平均算法：測量一分鐘，每分鐘取樣6次，去掉一個最大值和最小值，剩下4個值取算術(shù)平均。
滑動平均算法：當(dāng)采集速率每秒一次(t=1)，平均期間T=3s，連續(xù)測量120s，代入下面公式計算：

式中：n個樣本值的平均值，：n-1個樣本值的平均值，Yn：第n個樣本值，t：采樣時間，T：平均期間(s)。

3 軟件設(shè)計
3．1 基于Cortex—M3的μc／os—II移植
μc／os—II是一種典型的具有可剝奪型內(nèi)核的基于任務(wù)優(yōu)先級調(diào)度的實時操作系統(tǒng)，可同時管理多達64個任務(wù)，由于Cortex—M3不支持32位的ARM指令集，而只支持Thumb-2指令集，這種不向后兼容的方式使Cortex—M3之前平臺使用的ARM匯編語言程序都不能直接移植到Cort ex—M3上，筆者從μc／os—II和Cortex—M3的內(nèi)核結(jié)構(gòu)研究著手，對μc／os—II內(nèi)核中INCLUDES．H、OS_CFG．H、OS_CPU．H、OS_CPU_ C．C、OS_CPU_A．ASM五個與應(yīng)用程序和處理器相關(guān)的文件進行修改，在INCLUDES．H中增加了與STM32處理器相關(guān)的外設(shè)寄存器定義和內(nèi)存映射的頭文件，在OS_CFG．H中完成對μc／os—II內(nèi)核構(gòu)造部分的配置工作，在OS_CPU．H中完成與編譯器相關(guān)數(shù)據(jù)類型的定義、任務(wù)堆棧數(shù)據(jù)類型的定義，以及任務(wù)堆棧方向的設(shè)定工作，在OS_CPU_C．C中根據(jù)Cortex—M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于在C環(huán)境下無法對Cortex—M3的寄存器進行操作，所以需要在OS_CPU_A．ASM匯編環(huán)境中完成對臨界區(qū)函數(shù)、上下任務(wù)切換函數(shù)以及中斷服務(wù)子程序中的任務(wù)切換函數(shù)的設(shè)計工作，在完成以上修改后還需在c環(huán)境下增加系統(tǒng)時鐘配置和中斷函數(shù)為μc／os—II提供一個周期性信號源，在STM32中系統(tǒng)時鐘是由SysTick定時器來提供的。
3．2 μc／os—II任務(wù)設(shè)計
在μc／os—II架構(gòu)下整體設(shè)計中需要建立7個任務(wù)，如圖2所示，由于統(tǒng)計任務(wù)主要作用是計算當(dāng)前CPU的利用率，需要消耗相當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/STM32">STM32內(nèi)部資源，所以為節(jié)約系統(tǒng)資源在這里需要把系統(tǒng)配置OS_TASK_STAT_EN設(shè)置為0，禁止使用統(tǒng)計任務(wù)，空閑任務(wù)是必須的，在沒有其它任務(wù)進入就緒狀態(tài)時投入運行，當(dāng)系統(tǒng)開始運行前自動建立，優(yōu)先級自動配置為最低。由于系統(tǒng)要求在開始多任務(wù)調(diào)度前必須新建一個任務(wù)，所以我們建立了一個開始任務(wù)，開始仟務(wù)作用就是新建另外5個任務(wù)，包括：溫濕度采集任務(wù)、氣壓數(shù)據(jù)采集任務(wù)、風(fēng)速采集任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲任務(wù)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，完成這5個任務(wù)建立后開始任務(wù)就會自己掛起。完成對任務(wù)設(shè)計后還需要對任務(wù)的優(yōu)先級進行設(shè)置，空閑任務(wù)優(yōu)先級設(shè)置為最低，風(fēng)速采集任務(wù)頻率最高為1s／次，所以優(yōu)先級應(yīng)設(shè)置為最高，溫濕度和氣壓采集任務(wù)頻率相同為10s／次，設(shè)置優(yōu)先級應(yīng)低于風(fēng)速采集任務(wù)，數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送任務(wù)應(yīng)該都在前面幾個數(shù)據(jù)采集任務(wù)完成后，所以設(shè)置優(yōu)先級應(yīng)該更低一些，開始任務(wù)由于在新建任務(wù)后被掛起并不參與任務(wù)調(diào)度，所以優(yōu)先級可以設(shè)置為次于空閑任務(wù)的最低級。

3．3 系統(tǒng)整體調(diào)試
在主函數(shù)中需要進行初始化工作，主要完成STM32時鐘系統(tǒng)和μc／os—II時鐘系統(tǒng)配置，初始化操作系統(tǒng)后新建開始任務(wù)TaskStart后操作系統(tǒng)開始運行，在系統(tǒng)剛開始進行任務(wù)調(diào)度時由于只有空閑任務(wù)和開始任務(wù)參與任務(wù)調(diào)度，開始任務(wù)優(yōu)先級最高所以執(zhí)行開始任務(wù)，在開始任務(wù)中又新建氣壓測量任務(wù)(TaskPre)、溫濕度測量任務(wù)(TaskTem)、風(fēng)速測量任務(wù)(TaskV)、數(shù)據(jù)存儲任務(wù)(TaskFlash)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)(TaskSim)，完成任務(wù)新建后開始任務(wù)被掛起進入休眠狀態(tài)，不再參與任務(wù)調(diào)度，根據(jù)事先設(shè)計好的優(yōu)先級系統(tǒng)總是執(zhí)行優(yōu)先級最高的任務(wù)，風(fēng)速測量任務(wù)優(yōu)先級最高，掛起時間一到總能得到處理器的使用權(quán)，當(dāng)測量完畢后任務(wù)自動掛起不參與任務(wù)調(diào)度，類似的情況，溫濕度測量、氣壓測量完成各自測量數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理器后也自動掛起，并把標(biāo)志為置1表示測量工作完成，數(shù)據(jù)存儲任務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)根據(jù)判斷標(biāo)志位決定是否進行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)發(fā)送工作，其主函數(shù)和開始任務(wù)主要代碼如下：