用中斷方式在嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上實現(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)也已成為最熱門的話題之一，其中免費型的實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ因其可移植、可固化、可裁剪、可確定性等特點，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，對中斷的處理分為兩個部分：面向應(yīng)用的編程接口部分和面向底層的處理部分，因為涉及這兩部分的文件眾多，關(guān)聯(lián)復(fù)雜，對軟硬件的熟悉程度要求較高，較之查詢方式編寫程序過程相應(yīng)也要復(fù)雜一些，所以以往大多數(shù)應(yīng)用都使用查詢方式來進行數(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實時數(shù)據(jù)的處理實效，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上實現(xiàn)多任務(wù)通信。

S3C44BOX簡介及ARMSDT215仿真環(huán)境簡介

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)宏單元和存儲編譯器[2]。它的低功耗精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對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，其目的是方便用戶在ARM芯片上進行應(yīng)用軟件的開發(fā)?？梢杂脕砭帉懞驼{(diào)試ARM系列RISC處理器的應(yīng)用程序，可以對C、C++或ARMassembly語言程序進行編譯和調(diào)試。

實時操作系統(tǒng)μC/OS_Ⅱ及其在S3C44BOX上的移植

μC/OS_ Ⅱ是一個占先式實時多任務(wù)內(nèi)核，該內(nèi)核屬于搶占式，可以管理64個任務(wù)，但有8個任務(wù)保留以備將來使用，因此用戶的應(yīng)用程序最多可有56個任務(wù)。 μC/OS_Ⅱ是完全可剝奪型的實時內(nèi)核，即它總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)。μC/OS_Ⅱ在S3C44BOX上的移植實質(zhì)是指使μCOS_Ⅱ這個實時操作系統(tǒng)能夠在S3C44BOX這個微處理器平臺上運行。μC/OS_Ⅱ的絕大部分源碼是用移植性很強的ANSIC寫的，只有與微處理器硬件相關(guān)的部分是用匯編語言寫的，所以整個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，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)類型、堆棧的增長方向、定義S3C44BOX上實現(xiàn)開關(guān)中斷的兩個函數(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)改寫任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit（）、編寫5個hook函數(shù) OSTaskCreateHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskStatHook（）、 OSTimeTickHook（）：

在OSCPUA.ASM文件中：用匯編語言改寫4個與處理器相關(guān)的函數(shù)OSStartHighRdy（）、OSTASKSW（）、OSINTCtxSw（）、OSTickISR（）。

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

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

硬件設(shè)計部分

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。通過串口可以與近距離設(shè)備進行通信，網(wǎng)口則是對基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器件提供接口，然后由嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)對該設(shè)備的遠程監(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，因此這幾個外圍芯片的起始地址分別為0x00000000、0x06000000、0x0c000000。

軟件設(shè)計部分

軟件部分的主程序主要有三個任務(wù)，任務(wù)1是調(diào)用時間延時函數(shù)，它的優(yōu)先級設(shè)置為最低，其作用是在沒有串/網(wǎng)口任務(wù)時使LC/OS2進行一次任務(wù)調(diào)度，從而去執(zhí)行下一個優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)。任務(wù)2是對已在串口中斷處理程序中判斷了類型的接收數(shù)據(jù)進行相對應(yīng)的處理。任務(wù)3則是對網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)進行處理。此設(shè)計用中斷方式來實現(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，回到任務(wù)中再進行處理，這樣可以避免查詢方式中占用單個任務(wù)太多時間的缺點，從而讓多任務(wù)通信進行得更迅速，更有效。

整個程序采用匯編語言和C語言編寫，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、修改過的LC/OS2源程序。該軟件設(shè)計部分用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、遠程控制、智能管理等功能。網(wǎng)口部分涉及到另一個重要內(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)口的實現(xiàn)方法與之相似。

應(yīng)用主程序是用C編寫，通過S3C44BOX的初始化程序中Bmain語句跳轉(zhuǎn)進入的，首先對串口的端口、波特率、數(shù)據(jù)位等進行初始化，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，然后通過對中斷寄存器的設(shè)置打開串口中斷，這時才開始啟動任務(wù)，在任務(wù)中完成對串口數(shù)據(jù)的處理。在主程序中程序流程見圖2。

圖2 應(yīng)用主程序流程圖

在編寫與S3C44BOX硬件有關(guān)的初始化程序時主要是對S3C44BOX內(nèi)部各寄存器進行初始化，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中斷入口點，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，程序會跳轉(zhuǎn)到相對應(yīng)的異常中斷向量地址處，在應(yīng)用主程序的初始化過程中已通過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，會跳轉(zhuǎn)到IRQ異常中斷向量地址處，根據(jù)跳轉(zhuǎn)語句進入到對應(yīng)的 IRQ異常處理程序中。因為IRQ有30個中斷源，所以在該處理程序中要判斷中斷源的類型，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語言在 44blib.c文件中根據(jù)具體項目要求編寫的，之所以不直接跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序中去，是因為在對串口中斷處理過程中可能有優(yōu)先級更高的任務(wù)進入就緒態(tài)， 如在串口處理過程中若更高優(yōu)先級的網(wǎng)口任務(wù)就緒，則進行任務(wù)的切換，任務(wù)的切換是在操作系統(tǒng)中進行的，所以該部分程序是必須的。在程序的開頭處用 IMPORT指令對中斷處理函數(shù)進行申明，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)主要是對各種串口數(shù)據(jù)進行識別和分類，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)上實現(xiàn)多任務(wù)通信， 較之傳統(tǒng)的查詢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時數(shù)據(jù)的處理實效， 對實際工程應(yīng)用具有一定的參考價值。