【正文】 剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。 嵌入式系統(tǒng)的定義 定義可從幾方面來理解嵌入式系統(tǒng)： 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。 實際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時很難以給它下一個準確的定義。其中實時性是第一要求，需要調(diào)度一切可利用的資源完成實時控制任務(wù)，其次才著眼于提高計算機系統(tǒng)的使用效率，重要特點是要滿足對時間的限制和要求。 實時操作系統(tǒng)的工作狀態(tài) 實時系統(tǒng)中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運行（ Executing），就緒（ Ready），掛起（ Suspended），冬眠（ Dormant）。目前，采用 ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（ IP）核的微處理器，即我們通常說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處 理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75%以上的市場份額， ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各方面。 在 64 腳的封裝中，最多可使用 46 個 GPIO。 ? ? 片內(nèi) Boot 裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ ISP）和在應(yīng)用中編程（ IAP）。 ? ? 通過片內(nèi) PLL 可實現(xiàn)最大為 60MHz 的 CPU 操作頻率。 ? ? 雙電源 ? ? － CPU 操作電壓范圍： ~ V( V+/－ %) ? ? － I/O 操作電壓范圍： ~ V( V+/－ 10%) LPC2214 包含一個支持仿真的 ARM7TDMIS CPU、與片內(nèi)存儲 器控制器接口的 ARM7 局部總線、與中斷控制器接口的 AMBA 高性能總線（ AHB）和連接片內(nèi)外設(shè)功能的 VLSI 外設(shè)總線（ VPB ， ARM AMBA 總線的兼容超集）。片內(nèi)外設(shè)與器件管腳的連接由管腳連接模塊控制。 ARM7TDMIS 處理器使用了一個被稱為 THUMB 的獨特結(jié)構(gòu)化策略，它非常適用于那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。使用在應(yīng)用編程的應(yīng)用程序也可以在應(yīng)用程序運行時對 FLAH 進行擦除和 /或編程，這樣就為數(shù)據(jù)存儲和現(xiàn)場固件的升級都帶來了極大的靈活性。通過對一個單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證復(fù)位后數(shù)據(jù)的寫入。μ C/OSII 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點， 最小內(nèi)核可編譯至 2KB 。 任務(wù)管理 uC/OSII 中最多可以支持 64 個任務(wù)，分別對應(yīng)優(yōu)先級 0～ 63，其中 0 為最高優(yōu)先級。但在嵌入式實時系統(tǒng)中，多次 這樣的操作會導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因， malloc和 free 的執(zhí)行時間也是不確定。 任務(wù)調(diào)度 uC/OSII 采用的是可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核。 調(diào)度工作的內(nèi)容可以分為兩部分：最高優(yōu)先級任 務(wù)的尋找和任務(wù)切換。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。主要包括中斷級任務(wù)切換的底層實現(xiàn)、任務(wù)級任務(wù)切換的底層實現(xiàn)、時鐘節(jié)拍的產(chǎn)生和處理、中斷的相關(guān) 處理部分等內(nèi)容。而系統(tǒng)模式除了是特權(quán)模式外，其它與用戶模式一樣，因而可選的給任務(wù)使用的模式只有用戶模式和系統(tǒng)模式。關(guān)于第 2 點和第 4 點可以參考參考文獻 [9]。 同時支持以上 4 點的 C語言編譯器幾乎不存在，即使存在，移植代碼往往也會使用部分匯編語言來提高移植代碼的效率。 關(guān)于頭文件 和 C/OSII 要求所有 .C 文件的都要包含頭文件 ，這樣使得用戶項目中的每個 .C文件不用分別去考慮它實際上需要哪些頭文件。根據(jù) ADS 編譯器的特性，這些代碼如 程序清單 所示。 Typedef float FP32。同時，這個函數(shù)也可以有參數(shù)和返回值，其傳遞規(guī)則與一般函數(shù)一樣。 /* 任務(wù)切換到系統(tǒng) 模式 */ __swi(0x81) void ChangeToUSRMode(void)。根據(jù) 圖 ，很容易寫出函數(shù) OSTaskStkInit()的代碼，具體代碼見 程序清單 。 /* pc*/ *stk = (OS_STK) task。 /* r6*/ *stk = 0。 /* 關(guān)中斷計數(shù)器 OsEnterSum*/ return (stk)。對比 表 可知，軟中斷的 0、 1 號功能并沒有在這里實現(xiàn)。 (24) case 0x82: if (Regs[0] = OS_LOWEST_PRIO) (25) { ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]]。 (35) } } 3. OS_ENTER_CRITICAL() 和 OS_EXIT_CRITICAL() μ C/OSII 使用宏 OS_ENTER_CRITICAL()（ 程序清單 (1)~(6)） 和 OS_EXIT_CRITICAL()（ 程序清單 (7)~(12)） 分別關(guān)中斷和開中斷。 程序清單 OSStartHighRdy()代碼 void OS_StartHighRdy(void) { O_SStartHighRdy()。 前面已經(jīng)說明：任務(wù)可以使用 ARM 的兩種指令集的任意一種運行，但是任務(wù)建立時默認的只是一種指令集。首先，程序判斷傳遞的參數(shù)（任務(wù)的優(yōu)先級）是否在允許的范圍內(nèi)（程序清單 (25)、 (30)）。 然后，程序用功能號與 1 比較（程序清單 (10)），當功能號無符號小于 1 時就是 0 了，就跳轉(zhuǎn)到任務(wù)切換函數(shù)處（程序清單 (11)），也就是 OS_TASK_SW()。由 程序清單 可知，此時的堆棧結(jié)構(gòu)如圖 所示。保存 LR,PC (6) STMFDSP!,{R4R12} 。保存 CPSR,OsEnterSum (15) 。獲取 PC (1) LDR R12,[SP,16] 。由 小節(jié)可知， OS_TASK_SW()是使用 SWI 軟件中斷的 0 號功能實現(xiàn)的。如果是 Thumb 指令集狀態(tài)，則通過 程序清單 (6)讀取指令，通過 程序清單 (7)取得指令中的功能號。函數(shù) TaskIsARM()和 TaskIsTHUMB()使用軟件中斷功能 0x82 和 0x83 實現(xiàn)。 處理器模式轉(zhuǎn)換函數(shù) ChangeToSYSMode()和 ChangeToUSRMode()使用軟件中斷功能0x80 和 0x81 實現(xiàn)，其中函數(shù) ChangeToSYSMode()（程序清單 (13)~(18)）把當前任務(wù)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)模式，函數(shù) ChangeToUSRMode()（程序清單 (19)~(24)）把當前任務(wù)轉(zhuǎn)換到用戶模式，它們可以在任何情況下使用。 4． OSStartHighRdy μ C/OSII的啟動多任務(wù)環(huán)境的函數(shù)叫做 OSStart()，用戶在調(diào)用 OSStart()之前，必須已經(jīng)建立了一個或更多任務(wù)。(33) } } break。 (12) case 0x80: __asm (13) { MRS R0,SPSR (14) BIC R0,R0,0x1f (15) ORR R0,R0,SYS32Mode (16) MSR SPSR_c,R0 (17) } break。 2． 軟件中斷異常 SWI 服務(wù)程序 C 語言部分 軟件中斷的 C語言處理函數(shù)代碼見 程序清單 ，其中參數(shù) SWI_Num 為功能號，而 Regs為指向堆棧中保存寄存器的值的位置。 /* r0， 第一個參數(shù)使用 R0 傳遞 */ *stk = (USER_USING_MODE|0x00)。 /* r8*/ *stk = 0。作用是避免編譯器警告 */ stk= ptos。 程序清單 定義堆棧增長方向 define OS_STK_GROWTH 1 編寫 文件 1． OSTaskStkInit() 在編寫此函數(shù)之前，必須先確定任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)。 /* 關(guān)中斷 */ __swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void)。不過，用軟中斷作為操作系統(tǒng)的底層接口就需要在 C語言中使用 SWI 指令。 Typedef unsigned int INT32U。 編寫 1． 不依賴于編譯的數(shù)據(jù)類型 μ C/OSII不使用 C語言中的 short、 int、 long 等數(shù)據(jù)類型的定義，因為它們與處理器類 型有關(guān)，隱含著不可移植性。時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序也沒有移植，因為其與芯片和應(yīng)用都緊密相關(guān)，需要用戶自己編寫，不過可以通過 簡化用戶代碼的編寫。根據(jù)μ C/OSII 的要求，移植μ C/OSII到一個新的體系結(jié)構(gòu)上需要提供 2 個或 3 個文件： （ C語言頭文件）、 （ C 程序源文件）及 （匯編程序源文 件），其中 在某些情況下不需要，但極其罕見。這不單單是閱讀資料就可以實現(xiàn)的，還需要不斷地實踐和實驗。 關(guān)于 ARM7 處理器核的詳細情況參考參考文獻[11]。由于μ C/OSII 是一個通用性的操作系統(tǒng)，所以對于關(guān)鍵問題上的實現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體 CPU 的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。這種調(diào)度也稱為中斷級的上下文切換。 uC/OSII 中提供了 4種同步對象，分別是信號量，郵 箱，消息隊列和事件。 uC/OSII 要求用戶在定時中斷的服務(wù)程序中，調(diào)用系統(tǒng)提供的與時鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級的任務(wù)切換函數(shù)，系統(tǒng)時間函數(shù)。 uC/OSII 以源代碼的形式發(fā)布，但并不意味著它是開源軟件。 CPU 硬件相關(guān)部分是用匯編語言編寫的、總量約 200 行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的 CPU 上。如果發(fā)生芯片復(fù)位，實際的 SRAM 內(nèi)容將不會反映最近一次的寫請求（即：在一次“熱”芯片復(fù)位后， SRAM 不會反映最后一次寫入的內(nèi)容）。該存儲器可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲。 由于使用了流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。 VPB 外設(shè)也分配了 2M 字節(jié)的地址范圍，從 地址點開始。 ? ? 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。 ? ? 2 個 32 位定時器（帶 4 路捕獲和 4 路比較通道）、 PWM 單元（ 6 路輸出）、實時時鐘和看門狗。 128 位寬度接口 /加速器實現(xiàn)高達 60MHz 的操作頻率。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應(yīng)用可使用 16 位 Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。 ARM 平臺簡介 ARM（ Adanced RISC Machines），是一個公司名字，也是一種處理器的通稱，還可以認為是一種技術(shù)名字。 任務(wù)換道時間（ Contextswitching time）：任務(wù)之間切換而使用的時間。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實時是指物理進程的真實時間。所以，如果能 建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。 在中國嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，比較認同的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用 系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。確切點說，這個時候的操作系統(tǒng)是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。 作為一個系統(tǒng)，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，嵌入式系統(tǒng)也不例外。其主要內(nèi)容如下： 。預(yù)計今后相當一段時間內(nèi) ,電能計量自動抄表系統(tǒng)的終端采集裝置將以機電脈沖式電能表和電子式電能表兩種儀表為主。 根據(jù)電能表的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)智能采集主要有兩種方式：一是通過電能表本身來