基于μC/OS-II的GPRS終端設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II面向中小型嵌入式應(yīng)用，包含全部功能模塊的內(nèi)核大約為10KB，RAM的應(yīng)用量主要與系統(tǒng)中的任務(wù)數(shù)有關(guān)。

　　GPRS是在目前運(yùn)行的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以采用與GSM同樣的調(diào)制技術(shù)、頻率，以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)。利用現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)，GPRS從一開(kāi)始就可以提供全面的覆蓋。

　　GPRS終端系統(tǒng)的硬件組成

　　GPRS終端系統(tǒng)主要由控制部分和GPRS無(wú)線模塊組成，如圖1所示。

圖1 GPRS終端的硬件組成原理

　　為了適應(yīng)嵌入式技術(shù)在GPRS通信中的應(yīng)用，系統(tǒng)的控制部分采用了S3C44B0x芯片。

　　S3C44B0x是16/32位RISC微處理器， 為手持設(shè)備和通常應(yīng)用提供了一種高性價(jià)比的解決方案。

　　S3C44B0x具有豐富的片內(nèi)資源，可以通過(guò)串行接口操作GPRS模塊，操作指令為AT命令集。

　　GPRS無(wú)線模塊采用了SIM300，該模塊支持GPRS的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和短信息功能，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議。該模塊主要由射頻天線、內(nèi)部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)60腳的ZIF插座組成。其中，GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當(dāng)于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統(tǒng)通過(guò)串口發(fā)送過(guò)來(lái)的AT指令。GPRS模塊接收速率可達(dá)86.2kbps，發(fā)送速率達(dá)21.5kbps，易于集成。

μC/OS-II的移植

　　μC/OS-II是一個(gè)移植性很強(qiáng)的操作系統(tǒng)，其源代碼分為硬件無(wú)關(guān)和硬件有關(guān)兩個(gè)部分，移植時(shí)只需修改與硬件有關(guān)的部分。移植μC/OS-II到S3C44B0X 上，需做以下工作：

　　(1) 修改數(shù)據(jù)類(lèi)型

　　為保持與平臺(tái)的無(wú)關(guān)性，μC/OS-II使用經(jīng)過(guò)宏定義的通用類(lèi)型，如INT16U，表示16 位無(wú)符號(hào)數(shù)。在移植時(shí)，要把它們映射成正確的類(lèi)型。

　　(2) 進(jìn)入和退出臨界段

　　用關(guān)閉和打開(kāi)中斷的方式，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入臨界段函數(shù)OS_ENTER_CRITICAL()和退出臨界段函數(shù)OS_EX2IT_CRITICAL()。

　　(3) 設(shè)置堆棧生長(zhǎng)方向

　　不同的處理器堆棧的生長(zhǎng)方向不同，對(duì)S3C44B0X來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)方向可以向上也可以向下。但是，由于編譯器ADS僅支持堆棧從上往下長(zhǎng)，并且必須是滿遞減堆棧，所以這里要設(shè)置的實(shí)際使用方向?yàn)橄蛳略鲩L(zhǎng)，即

　　#define OS_STR_GROWTH 1;

　　(4) 任務(wù)的切換和調(diào)度

　　進(jìn)行任務(wù)的切換和調(diào)度有兩種方法，一是當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)主動(dòng)調(diào)用OS_Sched() ，判斷是否有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)要運(yùn)行，如果有就將其切換到就緒態(tài)，然后調(diào)用OS_TASK_SW() ，產(chǎn)生一個(gè)軟中斷，中斷向量指向函數(shù)OSIntCtxSw() ，在其中修改任務(wù)堆棧，運(yùn)行新的任務(wù)。二是產(chǎn)生硬件中斷后，在中斷處理函數(shù)中調(diào)用OSIntEx()。

　　在上述過(guò)程中，產(chǎn)生軟中斷和修改任務(wù)堆棧的代碼都是與處理器相關(guān)的， S3C44B0X 的軟中斷匯編指令是SWI ，壓棧和出棧的匯編指令分別是STM和LDM。

　　(5) 堆棧的初始化

　　μC/OS-II在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)會(huì)調(diào)用OSTaskStkInt() 函數(shù)對(duì)任務(wù)堆棧進(jìn)行初始化，這里需要將堆棧設(shè)置成和產(chǎn)生中斷后的形式一樣，一般包括任務(wù)起始地址、中斷返回地址、CPU 寄存器等內(nèi)容。另外，還要保證任務(wù)是運(yùn)行在特權(quán)模式下，而不是用戶模式下。

　　(6) 時(shí)鐘節(jié)拍中斷

　　μC/OS-II用時(shí)鐘節(jié)拍中斷實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲和超時(shí)功能，定時(shí)頻率一般在10Hz~100Hz。設(shè)置定時(shí)器的代碼與CPU 相關(guān)，中斷向量必須指向μC/OS-II時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)子程序OSTickISR() 。

　　系統(tǒng)的流程和任務(wù)的組成

　　本系統(tǒng)中，首先調(diào)用OSInit()，初始化μC/OS-II所有的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再調(diào)用ARM_init()初始化微控制器的定時(shí)器及串口等硬件，通過(guò)調(diào)用OSTaskCreate()，依次創(chuàng)建各個(gè)任務(wù)，最后調(diào)用OSStart()啟動(dòng)系統(tǒng)，開(kāi)始多任務(wù)調(diào)度。整個(gè)系統(tǒng)控制程序模塊及流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)控制程序模塊及流程

　　整個(gè)系統(tǒng)中的任務(wù)包括ARM控制部分的鍵盤(pán)掃描、LCD顯示任務(wù)和通信任務(wù)以及GPRS終端功能的短消息任務(wù)，語(yǔ)音通話任務(wù)等。因此，在μC/OS-II系統(tǒng)中的任務(wù)主要包括：

　　鍵盤(pán)掃描任務(wù)task_sys_key scan()，包括4×4鍵盤(pán)部分的掃描識(shí)別keyscan()，以及對(duì)應(yīng)按鍵功能編碼的實(shí)現(xiàn)keyscan_code()等。

　　LCD顯示任務(wù)task_sys_ lcddis()，包括背景內(nèi)容顯示display_context()、輸入內(nèi)容顯示display_input()、輸出內(nèi)容顯示display_output()等。

　　通信任務(wù)task_sys_ communication()，除了包括系統(tǒng)和主機(jī)進(jìn)行通信的函數(shù)host_msg()，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)電腦進(jìn)行系統(tǒng)操作，還有各個(gè)任務(wù)之間相互通信的處理msg_tasl()。

　　話音通話任務(wù)task_sys_ telephone()，其中包括電話呼叫GPRS_phone_call()、電話接聽(tīng)gprs_phone_recevie()等。 另外，還包括系統(tǒng)短信收發(fā)任務(wù)。

　　根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行GPRS短消息通信和語(yǔ)音通信的功能要求，設(shè)置各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)如表1所示。

　 結(jié)語(yǔ)

　　μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是開(kāi)放源代碼且得到實(shí)際驗(yàn)證的軟件平臺(tái)，而S3C44BOx具有強(qiáng)大的32位RISC性能，基于此軟件及硬件平臺(tái)對(duì)GPRS模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，能大量減輕研發(fā)任務(wù)，提高研發(fā)速度，為在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)GPRS終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造良好條件。