【導讀】題目基于RTOSμCOS-II和GSM的野外水位監(jiān)測系統(tǒng)。課程名稱電子測量技術。院部名稱信息工程學院

　　

【正文】 T+CSMS?回 復 ：AT+CSMS?+CSMS:0,1,1,1OK amp。F：回復 MC55所有參數(shù)到默認值； 5 GSM卡電路 本系統(tǒng)無需經常拔卡，故無需檢測 SIM卡的存在。在此采用較常用的 6腳 SIM卡插座，且使用了其中的 5個。電路連接如原理圖中所示。 6 模擬開關電路 模擬開關電路的作用是切換單片機與 MC55模塊和 485總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。初始化單片機與 MC55模塊連接。如果 MC55接受到來自 485總線的數(shù)據(jù)或者要給485總線發(fā)數(shù)據(jù)，則切換到 485總線。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后再切換到 MC55模塊。這部分功能用一個 CD4066剛好完成，而且只用 ，快速又簡單。 系統(tǒng)軟件的設計 1 系統(tǒng)流程 軟件設計是整個系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)，應遵循可靠性、實時性的原則。采集器是控制系統(tǒng)的處理單元，同時也是控制系統(tǒng)的重要組成部分。下位機軟件編程主要包括 μ COS II 操作系統(tǒng)系統(tǒng)的移植、 水位數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、發(fā)送及 GSM通信等。上微機軟件使用 VB建立管理控制軟件，建立數(shù) 據(jù)庫。由于篇幅所限，本文主要針對采集器進行設計，采集終端和上位機的軟件設計這里不做介紹。 如果我們按照順序化的程序設計，我們就必須如下圖的設計方法。 系統(tǒng)上電初始化完畢后， 單片機的串口一直等待接收數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)到達，則判斷數(shù)據(jù)類型，如果是 MC55模塊的返回碼，則進入處理返回碼子程序；如果是需要告知客戶端或服務器自己的 IP地址指令，則發(fā)短消息告知對方自己的 IP地址；如果是 PC抄表指令，則發(fā)送給相應的采集器，采集器再通知采集終端需要返回的數(shù)據(jù)；如果是采集端返回的水位數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器，服務器再發(fā)送 給監(jiān)控中心；如果是監(jiān)控中心的 AT控制指令，則直接發(fā)送給 MC55模塊。相應的子程序處理完畢后，返回繼續(xù)等待。 由于 51單片機只有兩級的中斷嵌套，對于如此復雜的中斷系統(tǒng)，其實時性根本無法保證。同時，如果系統(tǒng)的某一個子程序崩潰，會影響到后面所有的程序，給我們的生產生活帶來巨大的隱患。 為了提高系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用了 任務優(yōu)先級調度的方式。 μCOS II 可以在你規(guī)定的時間片內，進行一次任務調度，讓每次就緒的任務中優(yōu)先級最高的執(zhí)行。單片機上電后，對系統(tǒng)進行初始化操作，然后 μ COS II 操作系統(tǒng)根據(jù)任務的優(yōu) 先級進行任務調度，讓實時性高的任務先執(zhí)行。 如圖所示，系統(tǒng)上電初始化完成后，單片機的串口一直等待接收數(shù)據(jù)，顯然串口程序的優(yōu)先級必須最高，所以我們把其優(yōu)先級定義為 5。其次，我們按照對實時性的要求的關系，我們依次定義 MC55模塊返回碼程序的優(yōu)先級為 10；需要告知客戶或服務器自己的 IP地址的程序優(yōu)先級定義為 9； PC抄表程序優(yōu)先級定義為 8；是否要發(fā)送采集端數(shù)據(jù)程序優(yōu)先級定義為 7；監(jiān)控中心的 AT指令響應程序優(yōu)先級定義為 6。 μ COS II 操作系統(tǒng)調度算法設計如下： 初始化時，優(yōu)先級最高的串口數(shù)據(jù)等待程序首先運行 ，且每運行一次阻塞20ms；監(jiān)控中心的 AT指令響應程序每運行一次阻塞 30ms；是否要發(fā)送采集端數(shù)據(jù)程序每運行一次阻塞 40ms； PC抄表程序每運行一次阻塞 50ms；需要告知客戶或服務器自己的 IP地址的程序每運行一次阻塞 60ms； MC55模塊返回碼程序每運行一次阻塞 70ms。 2 μ COS II移植 uCOS ： A、與處理器無關的文件： 這些文件在 c51的移植過程中，只需要給函數(shù)加上重入屬性即可。 與應用相關的文件： ： 包含 C51的標準庫頭文件；對 pdata等 c51關鍵字的重定義 ： OS_TICKS_PER_SEC、 OS_FLAGS注意可能需要修改。 與處理器相關的文件： ： 數(shù)據(jù)類型、關中斷方法、任務堆棧方向、任務切換的宏定義都需要修改。 ： OSTickISR()、 OSStartHighRdy()、 OSCtxSw()、 OSIntCtxSw()這幾個函數(shù)的編寫，是整個移植的關鍵。 ： OSTaskStkInit()函數(shù)的編寫。 C51的堆棧結構； 這是整個移植過程中的重中之重，所以特別詳細介紹。 系統(tǒng)堆棧； c51中，系統(tǒng)堆棧的棧底地址是 ?STACK，棧頂指針就是 SP拉，棧的生長方向是向上的，棧空間分配在 51的內部 RAM（ idata）中。 ?STACK分配在所有內部RAM數(shù)據(jù)段的最后面，所以系統(tǒng)堆棧的范圍是從 ?STACK到內部 RAM的最高位(0x80或者 0xFF)。 數(shù)據(jù)堆棧； c51中，由于我們使用 OS，采用的 LARGE編譯模式 ,所以數(shù)據(jù)堆棧的指針是?C_XBP， 棧的生長方向是向下的，?？臻g分配在 51的外部 RAM（ xdata）中。 C51中斷中堆棧的保護； 研究中斷中堆棧的保護的意義在于，因為 uCOS中的任務切換，本身就是模擬一次中斷的發(fā) 生：保護 Task1的 CPU寄存器， SP切換到 Task2的堆棧，彈出 Task2的 CPU寄存器。用 C51寫中斷函數(shù)的時候，編譯器會自動保護 CPU的寄存器，所以中斷返回時任務調度 OSIntCtxSw()，就不 用重新保護寄存器。 C51中斷中調用函數(shù)可以分為四種情況（中斷函數(shù)本身不設為 reentrant）： 沒有函數(shù)調用； 調用非 reentrant 函數(shù)，函數(shù)中沒有嵌套調用其他函數(shù)； 調用非 reentrant 函數(shù)，函數(shù)中嵌套調用其他函數(shù)； 調用 reentrant 函數(shù)。 t0_isr: PUSH ACC PUSH B PUSH DPH PUSH DPL PUSH PSW MOV PSW,00H PUSH AR0 PUSH AR1 PUSH AR2 PUSH AR3 PUSH AR4 PUSH AR5 PUSH AR6 PUSH AR7 用戶代碼 POP AR7 POP AR6 POP AR5 POP AR4 POP AR3 POP AR2 POP AR1 POP AR0 POP PSW POP DPL POP DPH POP B POP ACC RETI 因為 uCOS 中所有的函數(shù)都必須是重入函數(shù)，因此我們只需要研究第四種情況下的堆棧保護 。 uCOS C51任務切換時的堆棧操作 每個任務都有一個獨立的數(shù)據(jù)堆棧，系統(tǒng)堆棧是公用空間。 保護 Task1的 CPU 寄存器 ： 首先將 CPU 寄存器按上例壓進 Task1系統(tǒng)堆棧，再將整個 Task1系統(tǒng) 堆棧壓進 Task1數(shù)據(jù)堆棧 SP 切換： ?C_XBP = Task2 的數(shù)據(jù)堆棧棧頂?shù)刂贰? 彈出 Task2的 CPU 寄存器：從 Task2的數(shù)據(jù)堆棧重新恢復整個系統(tǒng)堆棧，然后再從 Task2系統(tǒng)堆棧中恢復 CPU 寄存器值。 實現(xiàn)的方法有很多種，只要遵循 uCOS 任務切換的原理就可以了。 3 程序設計 程序的具體設計代碼 由于篇幅有限 ，在此就不再多贅訴。 總結與展望 通過本次電子測量大作業(yè)，我不僅更加熟悉了基于單片機的系統(tǒng)的設計，而且還學會了 GSM網(wǎng)絡通信模塊 MAX55的使用。本次大作業(yè)，也是我第一次把 μCOS II操作系統(tǒng)應用到自己的項目中去。在本次系統(tǒng)的設計的過程中，遇到了很多的問題。比如，由于是第一次接觸 MAX55芯片，所以對它的指令都不了解，在設計的過程中廢了很大的勁查找資料、收集資料、整理資料，最后終于能熟練操作這塊芯片的一些常用指令了。由于 μ COS II操作系統(tǒng)也是第一次移植，所以在移植的過程中，也遇到了很多問題，像與硬件平臺相關的代碼的修改、可重入函數(shù)的構建等等??不過，最終在老師和同學的幫助下，都一一解決了。 經過這次電子測量的大作業(yè) 后，我對基于單片機的系統(tǒng)設計產生了濃厚的興趣，同時，對 μ COS II操作系統(tǒng)的理解更加深刻。 謝辭 經過一個多星期的查資料、收集資料、寫程序、寫大作業(yè)報告，今天終于可以順利完成了本次 電子測量 大作業(yè)了。 本次大作業(yè)得以完成，要感謝的人實在太多了。首先要感謝的是黃德昌老師，黃老師淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，寬以待人的崇高風范，對我影響深遠。本學期的 電子測量課程，黃老師傾注了大量的心血。 在此， 謹 向黃老師表示崇高的敬意和由衷的感謝。感謝黃老師教給我們豐富的知識，感謝黃老師一 直一來對我提供了極大的幫助。 再次感謝黃老師和我的同學，謝謝你們！ 參考文獻 [1] 曹志剛 陳 [2] 羅偉雄，韓力，原東昌編著， 單片機數(shù)據(jù)通信典型應用大全 北京理工大學出版社， 1999。 [3] 李哲英主編， 單片機學習手記 ，內部資料， 1997。 [4] 陳星，劉斌編寫， 嵌入式實時操作系統(tǒng)μ COS II，北京航空航天大學電子工程系內部講義， 1997。 [5] 樊昌信 ,張甫翊 ,徐炳祥 ,吳成柯 . 嵌入式系統(tǒng)設計 [M] . 北京 :國防工業(yè)出版社 ,2020。