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[導讀]為了說明嵌入式應用系統(tǒng)開發(fā)設計的一般過程,以及在8位單片機應用系統(tǒng)中使用嵌入式實時操作系統(tǒng)SmallRTOS51,在此以嵌入式溫控器的設計為例,從硬件和軟件設計兩個方面說明嵌入式應用系統(tǒng)設計的方法和過程,給出了嵌入式溫控器的系統(tǒng)組成、工作原理以及硬件電路,軟件設計方面說明了程序的基本組成和任務程序的一般形式。在基于8位單片機的嵌入式應用系統(tǒng)設計中使用嵌入式實時操作系統(tǒng)SmallRTOS51,使程序設計更加簡單快捷、清晰明了,并且易于對系統(tǒng)功能進行擴展。通過對嵌入式溫控器的設計可以得出,嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51特別適合于對基于8位單片機的系統(tǒng)軟件設計,且可帶來極大的方便。

目前,8位單片機在測控領域和智能化電子產(chǎn)品應用中仍占有重要地位.而應用嵌入式實時操作系統(tǒng)(ERTOS)會對8位單片機的軟件開發(fā)帶來極大方便。在此簡要介紹嵌入式實時操作系統(tǒng)及其在程序設計中的優(yōu)越性,重點介紹了適合于小RAM單片機的嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51,以及基于8位單片機的硬件和軟件的設計方法和過程。

1 嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51簡介
   
嵌入式系統(tǒng)已成為當今的熱門話題之一,從消費類電子產(chǎn)品到各種工業(yè)設備,嵌入式系統(tǒng)已滲透到日常生活的各個角落。對于嵌人式系統(tǒng),一個重要的特征是實時性,即在確定的時間內完成規(guī)定的功能,并能對外部異步事件做出正確響應。確保系統(tǒng)的實時性,需要軟硬件配合來完成,首先必須保證硬件處理速度滿足實時要求,而對于軟件,就是采用與之相適應的嵌入式實時操作系統(tǒng)(Embedded Real_TimeOperating System,ERTOS)。
    采用嵌入式實時操作系統(tǒng)(ERTOS),能夠保證系統(tǒng)中任務切換的實時性,事件響應時間的確定性及系統(tǒng)的高可靠性,同時,ERTOS將用戶應用程序看成是其上運行的多個任務,這就為程序的編寫、調試和系統(tǒng)功能的擴展提供了極大方便,并且由于ERTOS的使用,客觀上使得應用軟件與下層硬件環(huán)境無關,便于嵌入式軟件的移植,從而可以大大降低系統(tǒng)開發(fā)成本和開發(fā)周期。目前,已推出的嵌入式實時操作系統(tǒng)有很多種,比較常用的有VxWorks,WinCE,VRTX,pSOS,Palm OS,嵌入式Linux,Delta OS等。對于8051系列單片機,由于具有很少的RAM和ROM,在嵌入式實時操作系統(tǒng)中,比較適合于這種單片機操作系統(tǒng)是Small RTOS51,它使用Keil C51所帶得RTX Tiny的堆棧管理機制,并和μC/OS-Ⅱ一樣是搶占式的。目前,Small RTOS的最新版本為1.20.3,可以支持任務的動態(tài)建立與刪除,支持C51的重入函數(shù),支持動態(tài)內存分配等。


2 嵌入式溫控器
2.1 嵌入式溫控器的結構及原理
   
由Small RTOS51實現(xiàn)的基于8位單片機的溫控器的系統(tǒng)結構如圖1所示。單片機作為控制核心,負責讀取溫度傳感器的溫度,并輸出至LED顯示器顯示,按鍵用來設置溫控器的溫度,當溫度超限時由輸出控制部分輸出控制信號,驅動繼電器或者報警裝置,電源部分為整個系統(tǒng)供電。
2.2 嵌入式溫控器硬件電路
   
由于溫控器的外圍電路比較簡單,主控器所需的輸入/輸出口不多,故采用Atmel公司的AT89C2051,溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司的DS18B20,其數(shù)據(jù)信號線接微控制器P3.7,LED顯示器采用4個共陰極數(shù)碼管構成,由4個串入并出的移位寄存器74LS164驅動,采用靜態(tài)顯示方式,P1.1作為LED顯示器的串行數(shù)據(jù)輸入,P1.0作為LED顯示器的串行時鐘輸入,輸出控制信號由P1.7輸出,控制PNP型晶體管,另外設置4個按鍵分別連接微控制器的P3.2~P3.5,其硬件電路如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 任務的分解劃分
   
任務的劃分包括確定哪些變換屬于哪個任務,以及確定各任務的優(yōu)先級。具體劃分原則可參考文獻[1]。根據(jù)任務劃分的原則以及嵌入式溫控器的具體功能,本系統(tǒng)將任務分解劃分為按鍵顯示處理,溫度測量,和輸出執(zhí)行3個任務。
3.2 系統(tǒng)軟件的設計
    系統(tǒng)軟件設計主要包括主程序設計和各任務程序設計。
    該設計主程序流程圖如圖3所示。主程序進行初始化以后,順序建立3個任務,進入CPU休眠狀態(tài),各個任務運行后,首先進入任務休眠狀態(tài),等待相應任務的喚醒,任務被喚醒以后,進行相應處理,再次進入休眠狀態(tài)。各個任務均采用無限循環(huán)結構,其形式如下:

   
    任務喚醒用函數(shù)OSTaskResume(TASK_ID)來完成。在KeilμVision 2下建立工程,編輯相應的頭文件config.h,并對OS_CFG.h和OS_CPU.h的有關內容進行相應設置,進行編譯直到成功為止。

4 結 語
   
根據(jù)嵌入式溫控器的硬件電路,利用嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51對其進行程序設計,KeilμVision 2建立工程并進行編譯,下載代碼后溫控器工作正常。對于現(xiàn)在仍然使用廣泛的8位單片機,采用Small RTOS51進行程序設計,既簡單又方便。利用中斷、信號量、消息隊列,可以實現(xiàn)更多功能和作用;另外實時操作系統(tǒng)有多種,但其原理類似,懂得了其中之一,可以舉一反三,理解和應用其他嵌入式實時操作系統(tǒng)。

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