3 系統(tǒng)軟件實現
3.1 μC/OS2Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)
當需要進行多任務處理和調度時,一個嵌入式實時操作系統(tǒng)就必不可少。為此系統(tǒng)中采用源碼公開的μC/OS2Ⅱ操作系統(tǒng),它具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良以及可擴展性強等特點,最小內核可編譯至2K字節(jié)。
μC/OS2Ⅱ的移植需要滿足以下要求:
·處理器的C編譯器可以產生可重入代碼;
·可以使用C調用進入和退出臨界區(qū)代碼;
·處理器必須支持硬件中斷,并且需要一個定時中斷源;
·處理器需要能夠容納一定數據的硬件堆棧;
·處理器需要有能夠在CPU寄存器與內核和堆棧交換數據的指令。
本系統(tǒng)使用的LPC2134ARM7處理器滿足以上所有條件,因此可以對其進行移植。根據μC/OS2Ⅱ的要求,移植μC/OS2Ⅱ到一個LPC2134ARM7體系結構上需要提供2個或3個文件:OSCPU.
H(C語言頭文件)、OS-CPU-C.C(C程序源文件)及OS-CPU-A.ASM(匯編程序源文件)。
數據采集任務中,采用C語言進行編程,但對于系統(tǒng)的初始化,仍然采用匯編來制作啟動代碼,它可以實現向量表定義、堆棧初始化、系統(tǒng)變量的初始化、中斷系統(tǒng)初始化、I/O初始化、外圍初始化、地址映射等操作。#p#分頁標題#e#
芯片復位后,系統(tǒng)初始化流程如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)初始化流程圖
3.2 接口程序及SD卡驅動的實現
在實時內核下,接口程序讀取A/D采樣數據的方法通常有三種:程序延時法、ADC轉換完畢時產生中斷法和程序循環(huán)等待的方法。其中循環(huán)等待的方法CPU開銷小,不需要中斷服務,比較適合嵌入式系統(tǒng)中采用。
循環(huán)等待A/D讀取數據的偽代碼如下:
之間通過串口相連,采集數據先通過開發(fā)板串口UART0發(fā)送到無線數據終端AYG285C的緩沖區(qū),然后緩沖區(qū)將數據打成一個個數據包,通過GPRS網絡發(fā)送到遠程數據處理中心。因此,在μC/OS2Ⅱ下LPC2134的UART底層接口驅動顯得尤為重要。
UART0初始化函數片斷如下:#p#分頁標題#e#
在本系統(tǒng)中,串口通信采用8位數據位,1位停止位,奇校驗,無流控制。在實際使用中為接收數據穩(wěn)定波特率設置為9600bps效果較好。在測試系統(tǒng)中,測量到的數據范圍為10-6~101,有效數字為4位,所以在發(fā)送數據時采用每幀數據由3個字節(jié)組成,第1個字節(jié)為數據指數部分,高四位為0,低四位中的第四位表示指數符號,0表示正數,1表示負數;其余三位表示指數的數值部分。
后續(xù)兩個字節(jié)為數據底數部分,采用壓縮的BCD碼編碼方式,高位在前,低位在后,即一個字節(jié)表示兩位十進制數,則兩個字節(jié)表示四位十進制數。
LPC2134的UART0使用中斷方式進行通信,這樣不會占用CPU很多時間,效率比較高。當中斷服務處理子程序接收到一次中斷,它僅能知道UART0產生了中斷,還需要查詢中斷標志寄存器U0IIR,依據不同中斷源類型進行不同處理。在處理完當前的中斷源類型之后,不能立即退出服務,而應當繼續(xù)判斷U0IIR寄存器最低位是否為0。
如果為0,則表示還有尚未處理的中斷,應該繼續(xù)根據U0IIR[3∶0]判斷中斷源類型,進行處理,直到U0IIR的最低位為1,最后發(fā)送中斷結束命令結束中斷服務處理程序。
SD卡讀寫軟件移植到ARM7微處理器LPC2134上的結構圖如圖3所示。其中硬件抽象層是讀寫SD卡的硬件條件配置,是與硬件相關的函數;命令層包含SD卡的相關命令以及卡與主機之間數據流的控制,這一層與實時操作系統(tǒng)μC/OS2Ⅱ相關,與硬件無關;應用層是向應用程序提供卡的API函數,這一層由實時操作系統(tǒng)μC/OS2Ⅱ控制。
圖3 SD卡讀寫軟件移植結構圖#p#分頁標題#e#
3.3 應用程序實現
系統(tǒng)初始化完成后,創(chuàng)建各個任務,進入多任務調度處理。應用程序框架流程如圖4所示。
本系統(tǒng)的主要任務是完成數據采集。系統(tǒng)在得到遠程數據中心的采集命令后,選擇適當的采集通道,并設置A/D模塊參數。在采集過程中判斷是否要停止,如果停止,任務處于等待掛起狀態(tài)。
圖4 應用程序框架流程圖
4 結語
本系統(tǒng)采用了ARM+RTOS以及ARM+GPRS的方案,選取適當的器件構成了多路的數據采集系統(tǒng),具有一定的實用價值??紤]到現場采集到的多是小信號,為了有較好的準確度和精確度,對A/D后的采集數據還要進行分析和調整,然后再發(fā)送到數據處理中心。為此,可以進行反復實驗,獲得多組數據,最后通過最小二乘法曲線擬合來提高準確度。另外,隨外界環(huán)境的變化,也可以修改擬合曲線以適應具體的應用。隨著3G時代的來臨,大量數據信息的傳輸成為可能,可以考慮采集現場的相關視頻信號。在短消息功能,數據加密技術以及軟件操作和文件管理上還有待進一步開發(fā)和優(yōu)化。
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