基于MDK RTX的Cortex-M3多任務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)
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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(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。
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。
評(píng)論