當(dāng)前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[導(dǎo)讀]摘要:本文介紹了μC/OS在ColdFire為核心系統(tǒng)上的具體應(yīng)用,并在此基礎(chǔ)上做了擴(kuò)展,在μC/OS的核心上實(shí)現(xiàn)了RAM盤和文件系統(tǒng)。為了方便應(yīng)用和調(diào)試,還實(shí)現(xiàn)了用戶Shell程

摘要:本文介紹了μC/OS在ColdFire為核心系統(tǒng)上的具體應(yīng)用,并在此基礎(chǔ)上做了擴(kuò)展,在μC/OS的核心上實(shí)現(xiàn)了RAM盤和文件系統(tǒng)。為了方便應(yīng)用和調(diào)試,還實(shí)現(xiàn)了用戶Shell程序,可以接受并執(zhí)行用戶命令,擴(kuò)展并豐富了μC/OS的功能。

關(guān)鍵詞:μC/OS μCLinux 嵌入式系統(tǒng) ColdFire

一、 概述

近年來,隨著微控制器性能的不斷提高,嵌入式應(yīng)用越來越廣泛。目前市場(chǎng)上的大型商用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng),如VERTEX,VXWORK,PSOS等等,已經(jīng)十分成熟,并為用戶提供了強(qiáng)有力的開發(fā)和調(diào)試工具。但商用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)價(jià)格昂貴,而且都針對(duì)特定的硬件平臺(tái)。對(duì)于國(guó)內(nèi)中小型系統(tǒng)的開發(fā),購買商用實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不劃算。此時(shí),采用免費(fèi)軟件和開放代碼不失為一種選擇。目前源碼開放(C代碼)的嵌入式系統(tǒng)有μC/OS的uCLinux。μC/OS簡(jiǎn)單易學(xué),提供了嵌入式系統(tǒng)的基本功能,其核心代碼短小精悍,如果針對(duì)硬件進(jìn)行優(yōu)化,還可以獲得更高的執(zhí)行效率。但是μC/OS相對(duì)商用嵌入式系統(tǒng)來說還是過于簡(jiǎn)單,而且存在開發(fā)調(diào)試?yán)щy的問題。UCLinux是免費(fèi)軟件運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,包含豐富的功能,包括文件系統(tǒng)、各種外調(diào)驅(qū)動(dòng)程序、通訊模塊、TCP/IP、PPP、HTTP,甚至WEB服務(wù)器的代碼。在INTERNET上流傳的uCLinux已經(jīng)被移植到當(dāng)前幾乎所有的硬件平臺(tái)上,功能與PC機(jī)上運(yùn)行的Linux不相上下,其代碼也十分復(fù)雜。完全移植沒有必要也十分困難,但uCLinux的代碼經(jīng)過世界范圍內(nèi)的優(yōu)化,穩(wěn)定可靠而且高效,所有模塊的代碼都可以從INTERNET上獲得,可以進(jìn)行模塊移植。在本例應(yīng)用中,筆者在ColdFire硬件平臺(tái)上運(yùn)行了μC/OS的核心,并實(shí)現(xiàn)了uCLinux的文件系統(tǒng),使得在嵌入式應(yīng)用中可以進(jìn)行文件操作。同時(shí)針對(duì)μC/OS調(diào)試?yán)щy的問題。還移植了 uCLinux的用戶Shell,使得用戶可以用命令行方式進(jìn)行程序的調(diào)試和開發(fā)。

二、 硬件平臺(tái)

本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)采用GPFC(General Purpose Fieldbus Controller)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由德國(guó)漢堡國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)實(shí)(DESY)Dr.Matthias Clausen領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā),采用Motorola公司的ColdFire MCF5206處理器為核心。ColdFire MCF5206處理器屬于Motorola 32位MCU家族,在源碼上與68K系列兼容。全靜態(tài)設(shè)計(jì),在33MHz的工作頻率下可達(dá)最大17MIPS的處理能力。除了具有68K系統(tǒng)的通用功能模塊外,片內(nèi)還帶有DRAM控制模塊,可以直接外接DRAM芯片。由于ColdFire將片選邏輯電路、總線控制器、DRAM控制模塊等全部集成在MCU內(nèi)部,使得外圍電路變得十分簡(jiǎn)單。

在筆者所用的GPFC系統(tǒng)中,ColdFire工作在32MHz,外圍電路包括兩片DEAM芯片,共計(jì)4M的RAM,一片128K的FLASH,用于存放引導(dǎo)程序。其余為I/O電路。系統(tǒng)通過RS-232串口與PC機(jī)相連。

三、 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用μC/OS為嵌入式平臺(tái)。在應(yīng)用中切實(shí)感到了開放源代碼的無可替代的優(yōu)點(diǎn)。首先是可以根據(jù)自己的需要對(duì)源代碼進(jìn)行取舍,去掉不需要的變量和不使用的函數(shù),甚至可以根據(jù)需要改寫相關(guān)函數(shù)。在μC/OS的源代碼中,函數(shù)執(zhí)行中有許多條件判斷,作用是防止參數(shù)的錯(cuò)誤傳遞。例如,與信號(hào)量有關(guān)的函數(shù)在執(zhí)行前都會(huì)檢查一下傳遞給函數(shù)的指針是不是一個(gè)有效的信號(hào)量指針。作為通用系統(tǒng),這些條件判斷是完全必要的,避免出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)系統(tǒng)崩潰。但作為具體的應(yīng)用,只要在程序設(shè)計(jì)時(shí)保證參數(shù)傳遞的正確性,完全可以不用條件判斷,就能提高函數(shù)的執(zhí)行速度,尤其一些頻繁調(diào)用的函數(shù),或當(dāng)MCU速率不高的時(shí)候,重寫部分函數(shù)往往可以顯著提高系統(tǒng)性能。另外,由于用戶對(duì)系統(tǒng)有源碼級(jí)的了解,可以添加自己編寫的模塊,與原系統(tǒng)兼容,使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

正是由于μC/OS的可擴(kuò)展性,筆者將uCLinux的RAM盤、文件系統(tǒng)和用戶Shell移植到了μC/OS上,在用戶程序中可以進(jìn)行文件操作,文件系統(tǒng)可以為任務(wù)保存數(shù)據(jù),并提供了統(tǒng)一的接口函數(shù)。用戶編制的單個(gè)任務(wù)也可以保存在RAM盤上,可以在終端上用命令方式執(zhí)行運(yùn)行、監(jiān)控、刪除任務(wù)。

四、 文件系統(tǒng)

uCLinux的文件系統(tǒng)與Linux的基本相同,文件以樹型目錄組織。由于篇幅所限,關(guān)于文件系統(tǒng)的細(xì)節(jié),讀者可參考Linux和Unix的相關(guān)資料,本例中將RAM中高端的1M分配給文件系統(tǒng),建立了容量為1M的RAM盤。 UCLinux的文件系統(tǒng)由邏輯塊組成,如果是磁盤文件系統(tǒng),對(duì)應(yīng)為磁盤塊;RAM盤則對(duì)應(yīng)為內(nèi)存塊,每個(gè)塊為512字節(jié)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯盤劃分成幾個(gè)部分:引導(dǎo)塊、超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。

引導(dǎo)塊超級(jí)塊索引節(jié)點(diǎn)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)

引導(dǎo)塊在文件系統(tǒng)的開頭,通常為一個(gè)邏輯塊、存放引導(dǎo)程序,用于啟動(dòng)和引導(dǎo)操作系統(tǒng)。在我們的RAM文件系統(tǒng)中由于不需要RAM盤引導(dǎo),所以不分配引導(dǎo)塊。超級(jí)塊記錄文件系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài),盤有多大,能存放多少文件,何處可以找到空閑空間和用于文件系統(tǒng)管理的信息。索引節(jié)點(diǎn)區(qū)緊接在超級(jí)塊后面,存放文件系統(tǒng)的索引節(jié)點(diǎn)表。在文件系統(tǒng)中每一個(gè)文件(包含目錄)占據(jù)一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)。索引節(jié)點(diǎn)是一個(gè)記錄文件信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

struct dinode{

short di-mode;

/*文件模式:是文件還是目錄,是可讀、可寫還是可執(zhí)行*/

short di-nlink;

/*和文件相關(guān)的鏈接數(shù)*/

short di-uid;

/*文件所有者的標(biāo)示*/

short di-gid;

/*文件所有者的組標(biāo)示*/

long di-size; /*文件大小*/

char di-addr[ ];

/*文件數(shù)據(jù)所在的邏輯塊編號(hào)*/

time-t di-atime;

/*文件最后一次訪問的時(shí)間*/

time-t di-mtime;

/*文件最后一次修改的時(shí)間*/

time-t di-ctime;

/*文件建立的時(shí)間*/

}

其中的數(shù)組di-addr[ ]記錄文件數(shù)據(jù)所在的邏輯塊號(hào)。本例中RAM盤為1M,每個(gè)邏輯塊512字節(jié),共2048個(gè)邏輯塊,所以每個(gè)邏輯塊的編號(hào)要用兩個(gè)字節(jié)表示。為了記錄足夠長(zhǎng)的文件,di-addr[ ]中邏輯塊可分為直接塊和間接塊。關(guān)于直接塊和間接塊的概念,請(qǐng)讀者參考Linux的相關(guān)文檔。分析索引節(jié)點(diǎn)可知,通過索引節(jié)點(diǎn)就可以完全確定一個(gè)文件。索引節(jié)點(diǎn)表中的第一項(xiàng)就是根目錄。索引節(jié)點(diǎn)區(qū)的大小決定了文件系統(tǒng)中最多能有多少個(gè)文件(包括目錄)。在本例中,筆者設(shè)定為128項(xiàng)。在索引節(jié)點(diǎn)區(qū)后就是數(shù)據(jù)區(qū),數(shù)據(jù)區(qū)以邏輯塊為單位按次序編號(hào)。如果要訪問某個(gè)文件,只要找到該文件對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)表項(xiàng),從di-addr[ ]項(xiàng)中就可以查出文件數(shù)據(jù)所在的邏輯塊。文件的訪問需要通過fread()或fwrite()函數(shù),其細(xì)節(jié)不再復(fù)述。

添加了文件系統(tǒng)后,任務(wù)的運(yùn)行將和文件相關(guān),所以TCB(任務(wù)控制塊)要做相應(yīng)的修改。需要添加任務(wù)所在目錄項(xiàng)和任務(wù)打開文件項(xiàng)。當(dāng)一個(gè)任務(wù)調(diào)用OSTaskCreate創(chuàng)立新的任務(wù)的時(shí)候,子任務(wù)應(yīng)該繼承先前任務(wù)的目錄項(xiàng)和任務(wù)打開文件項(xiàng)。

五、 用戶Shell

用戶Shell實(shí)際上是一個(gè)在μC/OS下獨(dú)立運(yùn)行的任務(wù),處于最低的優(yōu)先級(jí)。 Shell啟動(dòng)后,進(jìn)入睡眼狀態(tài),等待用戶輸入。用戶從終端上輸入命令后將喚醒Shell,Shell首先檢測(cè)輸入命令是不是內(nèi)部命令,如果不是,則在 TCB中查詢當(dāng)前所在文件目錄,然后在目錄中查詢是否有與輸入匹配的文件,如果有且文件屬性為可執(zhí)行時(shí),則調(diào)用OSTaskCreate創(chuàng)立一個(gè)新的任務(wù)。由于Shell優(yōu)先級(jí)為最低,新創(chuàng)建的任務(wù)將馬上運(yùn)行。新任務(wù)執(zhí)行完后可以用OSTaskDel刪除自己。如果在當(dāng)前目錄中找不到匹配項(xiàng),則返回錯(cuò)誤信息。

在本例中,Shell中包含的內(nèi)部命令為cd(改變當(dāng)前目錄),pwd(顯示當(dāng)前工作目錄),mkdir,rmdir(創(chuàng)立刪除目錄),ps(顯示當(dāng)前系統(tǒng)中的任務(wù)),kill(刪除任務(wù))。

由于μC/OS中的OSTaskCreate不能動(dòng)態(tài)分配堆??臻g,OSTaskDel也能釋放任務(wù)的堆??臻g。為了實(shí)現(xiàn)Shell的加載和刪除任務(wù)的功能,筆者對(duì)上述兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行了改寫,添加了內(nèi)存管理函數(shù) malloc()和mfree()。為了簡(jiǎn)間起見,以8k為單位申請(qǐng)和釋放內(nèi)存塊。系統(tǒng)的內(nèi)存資源由一個(gè)雙向鏈表進(jìn)行管理。在OSTaskCreate中調(diào)用malloc(),參數(shù)為希望分配的內(nèi)存塊數(shù),malloc()將檢索內(nèi)存管理的雙向鏈表,返回空閑塊地址。而OSTaskDel中將調(diào)用 mfree()釋放內(nèi)存,重新加入雙向鏈表。為了避免內(nèi)存空洞,在Shell中啟動(dòng)的任務(wù)采用相同大小的堆棧。

通過用戶Shell,單獨(dú)的任務(wù)可以保存在RAM盤上,通過命令方式運(yùn)行、監(jiān)控,查看任務(wù)狀態(tài)、刪除任務(wù),作為一種有力的開發(fā)和調(diào)試手段。

六、 結(jié)語

μC/OS的出現(xiàn)和應(yīng)用也只是近年來的事,其迅猛的發(fā)展證明了開放源碼軟件的巨大生命力。相信經(jīng)過廣大用戶的不斷豐富和完善,μC/OS的功能將日趨成熟,應(yīng)用也會(huì)更加廣闊。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉