【文章內(nèi)容簡介】 具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能:NAND FLASH結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，應(yīng)用NAND的困難在于FLASH的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。FLASH閃存是非易失存儲器，可以對成塊的存儲器單元進行擦寫和再編程。任何FLASH器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。一般NAND FLASH的存儲容量較大，雖然NAND的管理比較困難，但是S3C2410X提供了能夠從NAND FLASH啟動系統(tǒng)的Steppingstone機制，因此S3C2410X系統(tǒng)可以采用1片NAND FLASH同時作為啟動ROM和系統(tǒng)程序保存ROM，減少了硬件成本。在本設(shè)計中，使用三星公司的NAND FLASH芯片K9F1208U0M，用來存放啟動代碼(Bootloader)、μC/OSII內(nèi)核映像、文件系統(tǒng)，另外還有應(yīng)用程序。它的單片存儲容量為64M，8位數(shù)據(jù)寬度，快速的寫周期時間(編程時間為200us，塊擦除時間為2ms)，命令、地址、數(shù)據(jù)I/O口復(fù)用。芯片上包含有寫控制器，能夠自動編程和擦寫。NAND FLASH部分的電路圖如圖表 342：NAND FLASH部分的電路圖。圖表 342：NAND FLASH部分的電路圖 串口電路串行口是計算機一種常用的接口，具有連接線少，通訊簡單，得到廣泛的使用。常用的串口是RS322C接口(又稱EIA RS223C)它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。它所具有的特性有:機械特性:RS232C接口是單端發(fā)送，單端接收，傳輸線上允許一個驅(qū)動器和一個發(fā)送器。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口有25針(DB25)和9針(DB9)兩種。它的最大傳輸距離可達30m，最大速率20kb/s，適于相距較近設(shè)備的通信電氣特性:RS232C標(biāo)準(zhǔn)定義15V~3V表示邏輯“1”，+3V~l5v表示邏輯“0，它選擇15V~3V和+3V~+15V這個范圍而不采用TTL邏輯(0v~5v)的原因是為了提高抗干擾能力和增加傳輸距離，因此與TTL設(shè)備連接時需加電平轉(zhuǎn)換接口由于S3C2140的異步串行通訊接口不是RS232邏輯，因此，需加電平轉(zhuǎn)換接口，采用SP3232低功耗芯片，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平。在設(shè)計中采用兩個9針DB9串口（如圖表35：串口電路圖），分別用來連接GPS模塊和GPRS模塊。另外還用來和PC機進行通信，觀察系統(tǒng)啟動情況和下載代碼等。COM0(串口0)包含了四個信號(TxD、RxD、CTS、RTS)，可用來連接GPRS模塊。COM1(串口一)只有兩個信號(TxD，RxD)，可用來連接GPS模塊。兩個串口的TxD，RxD信號，分別與兩個模塊的TX，RX交叉相接，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。圖表35：串口電路圖 GPS 模塊電路GPS是GPS定位信息的接收機，本設(shè)計直接采用OEM板GPS模塊，從GPS模塊可以直接得到GPS衛(wèi)星的定位信息，而不需要了解太多GPS原理上的知識、算法等，因此加快了開發(fā)速度。并且，GPS模塊大多采用專用的處理芯片和相關(guān)算法，提高了GPS定位信息的精度。本設(shè)計采用合眾思壯公司的E531接收機模塊。它是12通道的GPS接收機模塊，同時可以跟蹤12顆GPS衛(wèi)星，跟蹤性能優(yōu)越，能夠快速定位。E531接收機功耗低，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次，能滿足車載系統(tǒng)的需求，性價比較高。其主要指標(biāo)如下:（1） 電氣指標(biāo):輸入電壓:。GPS指標(biāo):接收機頻率:L1，C/A code(SSP)，接收機通道:并行12通道，定位時間:快速啟動:約8秒，熱啟動:約15秒，冷啟動:約50秒(典型值)自由定位:2分鐘，更新率:1HZ，精度:定位精度:3m(CEP)，小于6m 2DRMS速度精度:(50%)接收機靈敏度:152dB.(跟蹤)。139dBm(捕獲)。（2） 接口:接口特性:CMOS電平輸出。串口0:默認波特率為4800輸出:，默認輸出語句包括義GGA，GSA，GSV，RMC?？蛇x輸出:GLL，VTG，ZDA，DTM。輸入:選擇坐標(biāo)系、波特率設(shè)置、輸出語句選擇等。串口1:默認波特率為115200，二進制協(xié)議在本設(shè)計中，使用串口0，通過串口提取ASCLL碼。串口數(shù)據(jù)通過掀SPS232電平轉(zhuǎn)換為RS223電平。另外，將GPS模塊的發(fā)送端和接收端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與串口DB9交叉相連。完整的GPS接收機包括電源、接收機和天線等模塊。GPS接收機連接圖如圖表361：GPS模塊電路圖， GPS供電電路如圖表362：GPS供電電路。圖表361：GPS模塊電路圖圖表362：GPS供電電路 GPRS模塊電路在車載終端中，短消息的發(fā)送、接收和語音通話是由無線通信模塊來負責(zé)完成的。GPRS模塊是指帶有GPRS功能的GSM模塊，可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)在使用較多的有法國WAVECOM公司的WISMO系列、Siemens公司的MC35，MC45系列、Motorola公司的G81，G20系列，BENQ公司的M22，M23系列等。這些模塊接口簡單、使用方便并且功能非常強大，為GPRS應(yīng)用提供理想的解決方案，在工業(yè)與民用等諸多領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。:（1） 接口簡單，使用方便:一般都提供電源接口、SIM卡接口、RS223數(shù)據(jù)口，利用AT指令進行控制（2） 功能齊全，有兩種工作模式:GSM Phase 2模式，支持語音服務(wù)。GPRS分組交換模式模塊本身支持的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括SMS、CSD、HSCCSD和GPRS。同時也支持語音，傳真等服務(wù)。有的模塊內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，方便了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。本設(shè)計采用的GPRS模塊是BENQ M23圖表371：GPRS模塊電路圖表372：SIM卡模塊電路4嵌入式操作系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境介紹以嵌入式處理器為中心，搭建好硬件電路，僅僅提供了裸機運行平臺，要使整個系統(tǒng)的各部分資源充分利用起來，還需要嵌入式操作系統(tǒng)的軟件支持。嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded Operation System)是一種實時的，支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件。它是嵌入式系統(tǒng)(包括軟、硬件)極為重要的組成部分部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、通信協(xié)議、圖形用戶界面和標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器。嵌入式與一般的商用多任務(wù)0S(如unix、windows以及Linux等)有共同的一面，也有不同的一面。商用多任務(wù)0S主要目的是方便用戶管理計算機資源和追求系統(tǒng)資源的最大利用率,而嵌入式操作系統(tǒng)重點追求的是可確定性、可靠性，當(dāng)然也包括有限資源的管理。一般嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核都很小，在幾KB到幾十KB之間?；旧隙贾С只趦?yōu)先級的搶占式調(diào)度策略和時間片輪翻調(diào)度，具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，有標(biāo)準(zhǔn)組件可代選用，支持虛擬存儲技術(shù)和存儲保護機制。一個典型的嵌入式操作系統(tǒng)一般要包括操作系統(tǒng)所具備的基本功能，如進程調(diào)度、內(nèi)存管理以及中斷處理等，同時要具有小巧、速度快和響應(yīng)可預(yù)測性等特點，必須保證實時任務(wù)在要求的時間內(nèi)完成。μC/OSII是一種免費公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)。 μC/OSII 是專門為計算機的嵌入式應(yīng)用設(shè)計的， 絕大部分代碼是用C語言編寫的。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。用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)的ANSI 的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC/OSII嵌人到開發(fā)的產(chǎn)品中。μC/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 。μC/OSII 已經(jīng)移植到了幾乎所有知名的CPU 上。 嚴格地說μC/OSII只是一個實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于μC/OSII良好的可擴展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實現(xiàn)。 μC/OSII目標(biāo)是實現(xiàn)一個基于優(yōu)先級調(diào)度的搶占式的實時內(nèi)核，并在這個內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，如信號量，郵箱，消息隊列，內(nèi)存管理，中斷管理等。 μC/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。63為最低級，系統(tǒng)保留了4個最高優(yōu)先級的任務(wù)和4個最低優(yōu)先級的任務(wù)，所有用戶可以使用的任務(wù)數(shù)有56個。 μC/OSII提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括創(chuàng)建任務(wù)，刪除任務(wù)，改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級，任務(wù)掛起和恢復(fù)等。 系統(tǒng)初始化時會自動產(chǎn)生兩個任務(wù)：一個是空閑任務(wù)，它的優(yōu)先級最低，該任務(wù)僅給一個整形變量做累加運算；另一個是系統(tǒng)任務(wù)，它的優(yōu)先級為次低，該任務(wù)負責(zé)統(tǒng)計當(dāng)前cpu的利用率。 μC/OSII的時間管理是通過定時中斷來實現(xiàn)的，該定時中斷一般為10毫秒或100毫秒發(fā)生一次，時間頻率取決于用戶對硬件系統(tǒng)的定時器編程來實現(xiàn)。中斷發(fā)生的時間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個時鐘節(jié)拍。 μC/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)。在ANSI C中是使用malloc和free兩個函數(shù)來動態(tài)分配和釋放內(nèi)存。但在嵌入式實時系統(tǒng)中，多次這樣的錯作會導(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。 μC/OSII中把連續(xù)的大快內(nèi)存按分區(qū)管理。每個分區(qū)中包含整數(shù)個大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存快大小可以不同。用戶需要動態(tài)分配內(nèi)存時，系統(tǒng)選擇一個適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問題，同時執(zhí)行時間也是固定的。 任務(wù)間通信與同步 對一個多任務(wù)的操作系統(tǒng)來說，任務(wù)間的通信和同步是必不可少的。μC/OSII中提供了4中同步對象，分別是信號量，郵箱，消息隊列和事件。所有這些同步對象都有創(chuàng)建，等待，發(fā)送，查詢的接口用于實現(xiàn)進程間的通信和同步。 μC/OSII 采用的是可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核。可剝奪型的實時內(nèi)核在任何時候都運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務(wù)。 μC/OSII的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運行的低優(yōu)先級任務(wù)的處理器資源。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計，μC/OSII規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級不同，因為任務(wù)的優(yōu)先級也同時唯一標(biāo)志了該任務(wù)本身。 任務(wù)調(diào)度將在以下情況下發(fā)生： （1） 高優(yōu)先級的任務(wù)因為需要某種臨界資源，主動請求掛起，讓出處理器，此時將調(diào)度就緒狀態(tài)的低優(yōu)先級任務(wù)獲得執(zhí)行，這種調(diào)度也稱為任務(wù)級的上下文切換。 （2） 高優(yōu)先級的任務(wù)因為時鐘節(jié)拍到來，在時鐘中斷的處理程序中，內(nèi)核發(fā)現(xiàn)高優(yōu)先級任務(wù)獲得了執(zhí)行條件(如休眠的時鐘到時)，則在中斷態(tài)直接切換到高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行。這種調(diào)度也稱為中斷級的上下文切換。 這兩種調(diào)度方式在μC/OSII的執(zhí)行過程中非常普遍，一般來說前者發(fā)生在系統(tǒng)服務(wù)中，后者發(fā)生在時鐘中斷的服務(wù)程序中。 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。其最高優(yōu)先級任務(wù)的尋找是通過建立就緒任務(wù)表來實現(xiàn)的。 μC/OSII 中的每一個任務(wù)都有獨立的堆棧空間，并有一個稱為任務(wù)控制塊TCB(Task Control Block)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中第一個成員變量就是保存的任務(wù)堆棧指針。任務(wù)調(diào)度模塊首先用變量OSTCBHighRdy 記錄當(dāng)前最高級就緒任務(wù)的TCB 地址，然后調(diào)用OS_TASK_SW()函數(shù)來進行任務(wù)切換。 　　μC/OSII的組成部分 　　μC/OSII可以大致分成核心、任務(wù)處理、時間處理、任務(wù)同步與通信，CPU的移植等5個部分。 （1） 核心部分() 是操作系統(tǒng)的處理核心，包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運行、中斷進出的前導(dǎo)、時鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。（2） 任務(wù)處理部分() 任務(wù)處理部分中的內(nèi)容都是與任務(wù)的操作密切相關(guān)的。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。因為μC/OSII是以任務(wù)為基本單位調(diào)度的，所以這部分內(nèi)容也相當(dāng)重要。（3） 時鐘部分() μC/OSII中的最小時鐘單位是timetick（時鐘節(jié)拍）。任務(wù)延時等操作是在這里完成的。 （4） 任務(wù)同步和通信部分 為事件處理部分，包括信號量、郵箱、郵箱隊列、事件標(biāo)志等部分；主要用于任務(wù)間的互相聯(lián)系和對臨界資源的訪問。 （5） 與CPU的接口部分 是指μC/OSII針對所使用的CPU的移植部分。由于μC/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。這部分內(nèi)容由于牽涉到SP等系統(tǒng)指針，所以通常用匯編語言編寫。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。 μC/OSII任務(wù)之間的通訊與同步方式在μC/OSII中，有多種方法可以保護任務(wù)之間的共享數(shù)據(jù)和提供任務(wù)之間的通訊。（1） 利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()來關(guān)閉中斷和打開中斷。當(dāng)兩個任務(wù)或者一個任務(wù)和一個中斷服務(wù)子程序共享某些數(shù)據(jù)時，可以采用這種方法；（2） 利用函數(shù)OSSchedLock()和OSSchekUnlock()對μC/OSII中的任務(wù)調(diào)度函數(shù)上鎖和開鎖；（3） 信號量；（4） 郵箱；（5） 隊列。通過調(diào)用OSSemCreate()建立信號量，并對信號量的初始計數(shù)值賦值。該初始值為0到65