基于嵌入式实时操作系统的程序设计.pptVIP

第2章 开发环境 在基于实时操作统的程序设计中，开发环境主要包括操作系统和微处理器两部分内容。 这两部分都是使用者根据实际设计的需要来选择的，在本书中，为了方便说明，实时操作系统选用μC/OS -Ⅱ ，微处理器选择ARM7。 2.1 嵌入式实时操作系统的选择 在嵌入式系统领域，有很多实时操作系统可以选择，如嵌入式Linux、Windows CE和VxWorks等大批优秀的实时操作系统。它们当中有些是商业性的，代码不公开，有些代码比较长，不利于学习掌握。在众多的实时操作系统中，我们选择μC/OS -Ⅱ作为例子。 μC/OS -Ⅱ是Jean J.Labrosse设计的完整、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核，代码绝大部分是用标准C语言编写的。到现在为止， μC/OS -Ⅱ已经被移植到了40多种徽处理器上，这些微处理器从8位到64位都有在各个领域中已经有数千个应用使用该内核。它有很好的稳定性和可靠性。 2000年7月， μC/OS -Ⅱ在一个航空项目中取得了美国联邦航空管理局用于商用飞机、符合RTCA DO - 178B标准的认证。 μC/OS -Ⅱ是一个公开源代码的操作系统，代码很短（约5 500行），与一些商用的公开源代码的实时内核相比，它的源代码清晰易读，结构协调，注释详尽。现在很多高等学校将μC/OS -Ⅱ应用于实时操作系统数学。 μC/OS -Ⅱ具有可移植性，绝大部分源代码是用C语言编写的；而与处处理器密切相关的部分用汇编语言缩写。但这一部分内容很少，方便使用者将内核移植到自己的微处理器上。 实践证明， μC/OS -Ⅱ可以在很大一部分微处理器上运行。用户一旦移植了μC/OS -Ⅱ到自已的微处理器，就可以在此基础上编写应用程序、并把μC/OS -Ⅱ作为自己产品的一部分固化在里面。 μC/OS -Ⅱ是可剪裁的，用户可以跟据自己的需要决定使用内核中的多少成分。剪裁可以通过定义宏来实现，简单易行。可剥夺性和多任务也是μC/OS -Ⅱ的重要特性，他总是运行处于就绪态的优先级最高的任务。μC/OS -Ⅱ可以管理64个任务，用户可以使用其中的56个。 绝大多数μC/OS -Ⅱ的函数调用和服务的执行时间具有可确定性。 μC/OS -Ⅱ提供了很多系统服务，例如信号量、互斥型信号量、事件标志、消息邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存申请与释放及时间管理函数等。中断可以挂起μC/OS -Ⅱ正在执行的任务，中断退出后执行的任务是当前就绪任务中优先级最高的任务，而不一定是被中断的任务。这就要求每个任务有自己的堆栈，保存任务切换和被中断时环境的上下文变量。 基于μC/OS -Ⅱ具有以上优点，我们以它为例来介绍基于实时操作系统的编程方法，就更容易理解和接受。 8位的51单片机发展的技术比较成熟，简单易学，所以通常用作应用电子专业的重要课程来学。但是，该单片机的资源相对缺乏，如果在上面应用操作系统，就显得资源比较紧张。这就需要高超的技巧和经验；否则很容易出错。 与51单片机比较，32位的ARM系列微处理器就显得功能非常强大．处理速度也快，内存资源相当丰富，具有使用实时操作系统的有利条件。 ARM公司是微处理器行业的一家知名企业。该企业设计了大量的高性价比的、低功耗的精简指令集微处理器。在设计上，ARM微处理器具有外形小，性能高，成本低和功耗低的特点。ARM微处理器适用于很多领域，比如嵌入式控制、消费／教育类多媒体DSP和移动式应用等。 此外，ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、 LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和美国国家半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。 ARM微处理器目前有6个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARMlOE、SecurCore和ARM11。这里选择ARM7系列的LPC2214。在ARM系列微控制器上有足够的系统资源运行μC/OS - II，且在国内比较普及。 2.3 嵌入式实时操作系统的移植 实时操作系统和CPU选定以后，接下来的工作便是把系统移植到我们选择的ARM微处理器上。这类的代码在网上很多，移植的方法也大同小异。我们使用周立功公司提供的移植模板进行实例设计。 2.4 开发调试环境的建立 本节中，我们以ARM7TDMI微处理器为例说明典型的调试环境结构。在调试环境中，微处理器是作为执行高级调试与它支持的低级调试之间的接口存在的。一个调试系统通常分为3部分：一是通用计算机（用来运行调试软件，称