基于S3C44BOX用中斷方式在μC/OS-Ⅱ上實(shí)現(xiàn)多任務(wù)通信

引言

當(dāng)今，各種嵌入式的電子產(chǎn)品已經(jīng)深入到我們生活的方方面面，嵌入式操作系統(tǒng)也已成為最熱門(mén)的話題之一，其中免費(fèi)型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ因其可移植、可固化、可裁剪、可確定性等特點(diǎn)，已經(jīng)成功的應(yīng)用在很多商業(yè)產(chǎn)品上。在嵌入式操作系統(tǒng)中，對(duì)中斷的處理分為兩個(gè)部分：面向應(yīng)用的編程接口部分和面向底層的處理部分，因?yàn)樯婕斑@兩部分的文件眾多，關(guān)聯(lián)復(fù)雜，對(duì)軟硬件的熟悉程度要求較高，較之查詢(xún)方式編寫(xiě)程序過(guò)程相應(yīng)也要復(fù)雜一些，所以以往大多數(shù)應(yīng)用都使用查詢(xún)方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但使用中斷方式可以提高處理器的工作效率以及提高對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理實(shí)效，文章將著重討論如何用中斷方式在嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上實(shí)現(xiàn)多任務(wù)通信。

S3C44BOX簡(jiǎn)介及ARMSDT215仿真環(huán)境簡(jiǎn)介

S3C44BOX 是SAMSUNG公司推出的一款微處理器芯片，采用了ARM7TDM I內(nèi)核，0.25μm工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器[2]。它的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。 S3C44BOX采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)SAMBAII（SAMSUNGARMCPU嵌入式控制器總線結(jié)構(gòu)）。S3C44BOX最突出的特點(diǎn)是它的CPU 核采用了ARM公司的16/32位ARM7TDMIRISC結(jié)構(gòu)（主頻66MHz）。S3C44BOX通過(guò)提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路中除處理器以外的元器件配置，從而最小化系統(tǒng)的成本。ARMSDT（the ARMSoft ware Development Toolkit）是ARM公司推出的集成開(kāi)發(fā)工具，由一整套應(yīng)用程序、支持文檔和例子構(gòu)成，其目的是方便用戶(hù)在ARM芯片上進(jìn)行應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)?？梢杂脕?lái)編寫(xiě)和調(diào)試ARM系列RISC處理器的應(yīng)用程序，可以對(duì)C、C++或ARMassembly語(yǔ)言程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS_Ⅱ及其在S3C44BOX上的移植

μC/OS_ Ⅱ是一個(gè)占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，該內(nèi)核屬于搶占式，可以管理64個(gè)任務(wù)，但有8個(gè)任務(wù)保留以備將來(lái)使用，因此用戶(hù)的應(yīng)用程序最多可有56個(gè)任務(wù)。 μC/OS_Ⅱ是完全可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，即它總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。μC/OS_Ⅱ在S3C44BOX上的移植實(shí)質(zhì)是指使μCOS_Ⅱ這個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在S3C44BOX這個(gè)微處理器平臺(tái)上運(yùn)行。μC/OS_Ⅱ的絕大部分源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSIC寫(xiě)的，只有與微處理器硬件相關(guān)的部分是用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的，所以整個(gè)移植工作可以分為兩部分：一部分是設(shè)置與處理器和編譯器相關(guān)的代碼，另一部分是編寫(xiě)與操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)。μC/OS_Ⅱ 的全部源代碼量大約是5500行，源碼清晰易讀、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，所以在將μC/OS_Ⅱ移植到S3C44BOX處理器上時(shí)，只需要修改以下幾處：

在OSCPU.H文件中：與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型、堆棧的增長(zhǎng)方向、定義S3C44BOX上實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)中斷的兩個(gè)函數(shù)OSENTERCRITICAL（）和OSEXITCRITICAL（）和其他相關(guān)宏定義等；

在 OSCPUC.C文件中：根據(jù)S3C44BOX的特定結(jié)構(gòu)改寫(xiě)任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit（）、編寫(xiě)5個(gè)hook函數(shù) OSTaskCreateHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskStatHook（）、 OSTimeTickHook（）：

在OSCPUA.ASM文件中：用匯編語(yǔ)言改寫(xiě)4個(gè)與處理器相關(guān)的函數(shù)OSStartHighRdy（）、OSTASKSW（）、OSIntCtxSw（）、OSTickISR（）。

用中斷方式在μC/OS_Ⅱ上進(jìn)行多任務(wù)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

以基于S3C44BOX實(shí)現(xiàn)串口和網(wǎng)絡(luò)接口的透明數(shù)據(jù)傳輸接口板設(shè)計(jì)為例，介紹用中斷方式實(shí)現(xiàn)多任務(wù)通信的實(shí)現(xiàn)。

硬件設(shè)計(jì)部分

硬件部分是由S3C44BOX、2Mbyte的FlashHY29LV160、8Mbyte的同步SDRAMK4S641632、MAX232接口芯片、 RTL8019網(wǎng)絡(luò)芯片組成。通過(guò)串口可以與近距離設(shè)備進(jìn)行通信，網(wǎng)口則是對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件提供接口，然后由嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1    硬件結(jié)構(gòu)圖

硬件設(shè)計(jì)中，HY29LV160、RTL8019、K4S641632F的片選腳分別和S3C44BOX的引腳GCS0、GCS3、GCS6相連，因此這幾個(gè)外圍芯片的起始地址分別為0x00000000、0x06000000、0x0c000000。

軟件設(shè)計(jì)部分

軟件部分的主程序主要有三個(gè)任務(wù)，任務(wù)1是調(diào)用時(shí)間延時(shí)函數(shù)，它的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最低，其作用是在沒(méi)有串/網(wǎng)口任務(wù)時(shí)使LC/OS2進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度，從而去執(zhí)行下一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的就緒態(tài)任務(wù)。任務(wù)2是對(duì)已在串口中斷處理程序中判斷了類(lèi)型的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的處理。任務(wù)3則是對(duì)網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。此設(shè)計(jì)用中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)通信的思想就是在中斷處理程序中將數(shù)據(jù)接收下來(lái)，回到任務(wù)中再進(jìn)行處理，這樣可以避免查詢(xún)方式中占用單個(gè)任務(wù)太多時(shí)間的缺點(diǎn)，從而讓多任務(wù)通信進(jìn)行得更迅速，更有效。

整個(gè)程序采用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編寫(xiě)，主要由三部分組成：與S3C44BOX硬件有關(guān)的初始化程序、應(yīng)用主程序、修改過(guò)的LC/OS2源程序。該軟件設(shè)計(jì)部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、遠(yuǎn)程控制、智能管理等功能。網(wǎng)口部分涉及到另一個(gè)重要內(nèi)容嵌入式TCP/IP協(xié)議，因篇幅有限，只具體介紹串口部分，網(wǎng)口的實(shí)現(xiàn)方法與之相似。

應(yīng)用主程序是用C編寫(xiě)，通過(guò)S3C44BOX的初始化程序中Bmain語(yǔ)句跳轉(zhuǎn)進(jìn)入的，首先對(duì)串口的端口、波特率、數(shù)據(jù)位等進(jìn)行初始化，然后設(shè)定串口中斷調(diào)用函數(shù)的地址，該地址和下面串口中斷源的地址一致，然后通過(guò)對(duì)中斷寄存器的設(shè)置打開(kāi)串口中斷，這時(shí)才開(kāi)始啟動(dòng)任務(wù)，在任務(wù)中完成對(duì)串口數(shù)據(jù)的處理。在主程序中程序流程見(jiàn)圖2。

圖2    應(yīng)用主程序流程圖

在編寫(xiě)與S3C44BOX硬件有關(guān)的初始化程序時(shí)主要是對(duì)S3C44BOX內(nèi)部各寄存器進(jìn)行初始化，S3C44BOX有七種異常中斷向量，地址為0x00— 0x1c（其中0x14地址保留），這些是硬件固化了的地址，不能用軟件隨意改變，只能根據(jù)各異常中斷向量地址編寫(xiě)中斷入口點(diǎn)，在入口地址處放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)內(nèi)部或外部中斷產(chǎn)生時(shí)，程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)的異常中斷向量地址處，在應(yīng)用主程序的初始化過(guò)程中已通過(guò)S3C44BOX內(nèi)部寄存器INTMOD將串口中斷設(shè)置為IRQ中斷模式，所以在該部分程序中，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生時(shí)，會(huì)跳轉(zhuǎn)到IRQ異常中斷向量地址處，根據(jù)跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的 IRQ異常處理程序中。因?yàn)镮RQ有30個(gè)中斷源，所以在該處理程序中要判斷中斷源的類(lèi)型，判斷是串口中斷后就跳轉(zhuǎn)到位于操作系統(tǒng)中的串口中斷處理調(diào)用程序中去。其中每個(gè)中斷源的物理地址（起始地址加上矢量地址）是在數(shù)據(jù)段中定義的，起始地址則是根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)在option.a文件中設(shè)置，為 0x0c7fff00。

串口中斷處理調(diào)用程序位于μC/OS_Ⅱ源程序的OS_CPU_A.S文件中，中斷處理程序是用C語(yǔ)言在 44blib.c文件中根據(jù)具體項(xiàng)目要求編寫(xiě)的，之所以不直接跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序中去，是因?yàn)樵趯?duì)串口中斷處理過(guò)程中可能有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)， 如在串口處理過(guò)程中若更高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)口任務(wù)就緒，則進(jìn)行任務(wù)的切換，任務(wù)的切換是在操作系統(tǒng)中進(jìn)行的，所以該部分程序是必須的。在程序的開(kāi)頭處用 IMPORT指令對(duì)中斷處理函數(shù)進(jìn)行申明，這樣就能在程序中用BL指令直接調(diào)用位于44blib.c文件中的處理函數(shù)，處理函數(shù)主要是對(duì)各種串口數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)，然后交給任務(wù)去處理。程序流程如圖3所示。

圖3 調(diào)用程序

目前該硬件和軟件已調(diào)試完成， 能準(zhǔn)確迅速的收發(fā)數(shù)據(jù)， 并開(kāi)始應(yīng)用于電子標(biāo)簽閱讀器的通信接口中。

結(jié)　論

用中斷方式在μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)多任務(wù)通信， 較之傳統(tǒng)的查詢(xún)方式特別是在多任務(wù)情況下可以提高處理器S3C44BOX 的工作效率以及提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理實(shí)效， 對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。