【正文】 塊工作是由APBH1提供的系統(tǒng)時鐘最大頻率為72MHz，它通過AHB分頻器分頻后送給各模塊， AHB分頻器輸出的時鐘送給5大模塊使用。1送給AHB總線、內(nèi)核內(nèi)存和DMA使用的HCLK時鐘；2通過8分頻后送給Cortex的系統(tǒng)定時器時鐘；3直接送給Cortex的空閑運行時鐘FCLK；4送給APB1分頻器；APB1分頻器可選擇為1/2/4/8/16分頻,其輸出中一路供APB1外設(shè)使用(PCLK1最大頻率36MHz),另一路送給定時器(Timer)的倍頻器使用,TIMXCLK該倍頻器可選擇1或者2倍頻輸出供定時器使用,5送給APB2分頻器,APB2分頻器可供選擇為1/2/4/8/16分頻,其輸出一路供APB2外設(shè)使用(PCLK2最大頻率72MHz),一路送給定時器(Timer)1的倍頻器使用,TIM1CLK該倍頻器可選擇1或者2倍頻輸出供定時器1使用，另外APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用,分頻后送給ADC模塊使用ADC分頻器可選擇為2/4/6/8分頻； 系統(tǒng)復位系統(tǒng)復位將復位除時鐘控制寄存器CSR中的復位標志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存器；系統(tǒng)復位框圖如圖314所示。圖314 系統(tǒng)復位框圖當以下事件中的一件發(fā)生時，產(chǎn)生一個系統(tǒng)復位： 1. NRST管腳上的低電平(外部復位)；2. 窗口看門狗計數(shù)終止(WWDG復位)； 3. 獨立看門狗計數(shù)終止(IWDG復位)；4. 軟件復位(SW復位)； 5. 低功耗管理復位； 可通過查看RCC_CSR控制狀態(tài)寄存器中的復位狀態(tài)標志位識別復位事件來源。 復位源將最終作用于RESET管腳，并在復位過程中保持低電平。復位入口矢量被固定在地址0x0000_0004。外部復位電路如圖315所示。圖315 復位電路 人機接口設(shè)計 TFT 液晶顯示器，或稱LCD（Liquid Crystal Display），為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。簡單的來說，屏幕能顯示的基本原理就是在兩塊平行板之間填充液晶材料，通過電壓來改變液晶材料內(nèi)部分子的排在列狀況，以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一，錯落有致的圖象，而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層，就可實現(xiàn)顯示彩色圖象。觸控屏（Touch panel）又稱為觸控面板，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。本次采用的液晶屏采用驅(qū)動芯片:ILI9325，液晶屏模塊是[240*320]26萬色彩屏模塊，提供了三種接口，SPI接口及8位/16位CPU接口，是嵌入式系統(tǒng)的理想選擇，屏幕接口電路圖如圖316所示。圖316 屏幕接口電路圖 按鍵和LED電路另外系統(tǒng)還增加了一個LED發(fā)光二極管和兩個清除鍵盤，為系統(tǒng)在一些特殊情況下提供交互接口。電路如圖317所示。圖317 LED 鍵盤電路 輔助電路設(shè)計 RS232通信模塊RS232接口是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種串行接口，被美國電子工業(yè)協(xié)會定義為“在數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備之間使用串行二進制數(shù)據(jù)交換的接口”。作為一種硬件協(xié)議，RS232被用于連接DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)和DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備)兩種設(shè)備。RS232C標準接口有9芯或25芯的D型插頭。要完成最基本的串行通信功能，實際上只需要RXD，TXD和GND即可，但由于RS232C標準所定義的高、低電平信號與STM32系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號完全不同，LVTTL的標準邏輯“1”，標準邏輯“0”，而RS232C標準采用負邏輯方式，標準邏輯“0”對應(yīng)+5V^15V電平，標準邏輯“1”對應(yīng)一5V15V電平，顯然，兩者間要進行通信必須經(jīng)過信號電平的轉(zhuǎn)換，本設(shè)計選用的智能收發(fā)器MAX3232通用同步異步收發(fā)器(USART)提供一個全雙工通用同步異步串行連接。電路設(shè)計如圖318所示。圖318 串口電路圖 系統(tǒng)供電電路由于系統(tǒng)需要23A的電路，所以一般的電源模塊無法滿足系統(tǒng)的供電需求，供給GPRS和GPS模塊。LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A 的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計。在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在177。4％的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在177。15％的范圍內(nèi)；可以用僅80uA的待機電流，實現(xiàn)外部斷電；具有自我保護電路：一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路。電路如圖319所示。圖319 電源供電系統(tǒng) JTAG仿真調(diào)試接口JTAG也是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE ），主要用于芯片內(nèi)部測試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議,如DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO,分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 相關(guān)JTAG引腳的定義為：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位，輸入引腳，低電平有效。Cortex?M3內(nèi)核含硬件調(diào)試模塊，支持復雜的調(diào)試操作。硬件調(diào)試模塊允許內(nèi)核在取指（指令斷點）或訪問數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)斷點）時停止。內(nèi)核停止時，內(nèi)核的內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)的外部狀態(tài)都是可以查詢的。完成查詢后，內(nèi)核和外設(shè)可以被復原，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行。當STM32F10x微控制器連接到調(diào)試器并開始調(diào)試時，調(diào)試器將使用內(nèi)核的硬件調(diào)試模塊進行調(diào)試操作。支持兩種調(diào)試接口：(1) 串行接口，(2) JTAG調(diào)試接口。JTAG電路圖如圖320所示。圖320 JTAG接口電路圖 串行E2PROM存儲器AT24C256是ATMEL公司256kbit串行電可擦的可編程只讀存儲器，8引腳雙排直插式封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片該IC，特別適用于具有高容量數(shù)據(jù)儲存要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)部含有32K個8位字節(jié)， AT24C256有一個64字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。AT24C02支持IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上。SCL 串行時鐘：AT24C02串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。SDA 串行數(shù)據(jù)/地址： AT24C02 雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（wireOR）。WP 寫保護 ：如果WP管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護只能讀。當WP管腳連接到Vss 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。系統(tǒng)加了一個256K位的外擴存儲器，增大系統(tǒng)的存儲空間，用來存放字庫等信息，電路圖如圖321所示。圖321 串行E2PROM電路圖 本章小結(jié)本章分別介紹了系統(tǒng)設(shè)計的GPRS模塊、GPS模塊、STM32處理器、液晶屏模塊、輔助電路等各個模塊的硬件電路原理和電路設(shè)計知識，并詳細介紹了我設(shè)計的各個模塊的電路圖，至此，整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計完成，只有詳細弄懂了各個模塊的硬件接口才能為后面的系統(tǒng)軟件設(shè)計編寫做好準備。第4章 操作系統(tǒng)移植和軟件設(shè)計開發(fā)第4章 操作系統(tǒng)移植和軟件設(shè)計開發(fā) uCOSII嵌入式操作系統(tǒng)移植由于監(jiān)控系統(tǒng)需要完成與GPS模塊、GPRS模塊、電量監(jiān)測模塊、其它I/O模塊的交互和監(jiān)控，單一的任務(wù)無法完成，因此需要實時操作系統(tǒng)的支持。本系統(tǒng)采用的是嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS2Ⅱ，它是一個完整的，可移植，可固化，可裁剪的占先式實時多任務(wù)內(nèi)核。實時操作系統(tǒng)uC/OS2Ⅱ在多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負責管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配CPU時間，并且負責任務(wù)之間的通訊。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。uC/OS2Ⅱ可以管理多達64個任務(wù)，賦予各個任務(wù)的優(yōu)先級不相同。最重要的是uC/OS2Ⅱ為每個任務(wù)設(shè)置獨立的堆?？臻g，可以快速實現(xiàn)任務(wù)切換。從而保證了各個任務(wù)獨立工作，互不干涉，很容易實現(xiàn)準時而且無誤的執(zhí)行。 uCOSII嵌入式系統(tǒng)簡介在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，不管是對于初學者，還是有經(jīng)驗的工程師，uC/OS開放源代碼的方式使其不但知其然，還知其所以然。通過對于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入了解，能更加方便地進行開發(fā)和調(diào)試；并且在這種條件下，完全可以按照設(shè)計要求進行合理的裁減、擴充、配置和移植。通常，購買RTOS往往需要一大筆資金，使得一般的學習者望而卻步；而uC/OS對于學校研究完全免費，只有在應(yīng)用于盈利項目時才需要支付少量的版權(quán)費，特別適合一般使用者的學習、研究和開發(fā)。自1992第1版問世以來，已有成千上萬的開發(fā)者把它成功地應(yīng)用于各種系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到認證，現(xiàn)已經(jīng)通過美國FAA認證。uC/OS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)。uC/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。用戶只要有標準的ANSI的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將uC/OSII嵌人到開發(fā)的產(chǎn)品中。uC/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。uC/OSII已經(jīng)移植到了幾乎所有知名的CPU上。嚴格地說uC/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uC/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)。uC/OSII目標是實現(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。uC/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、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、恢復等等。因為uC/OSII是以任務(wù)為基本單位調(diào)度的，所以這部分內(nèi)容也相當重要。3)時鐘部分()uC/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uC/OSII針對所使用的CPU的移植部分。由于uC/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。 uCOSII系統(tǒng)的移植通過對uCOSII系統(tǒng)的研究學習和實驗，終于完成了uCOSII在STM32上的移植，并成功實現(xiàn)任務(wù)的切換?，F(xiàn)在主要說明一下。下載MicriumSTuCOSIILCDSTM32（Micrium公司關(guān)于STM32的LCD例程）作為參考。我們需要的是其中的uCOSII\Ports和uCOSII\Source文件夾里的內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)文檔說明，改變其中一些關(guān)鍵函數(shù)，用于系統(tǒng)的移植。(1) 編寫bsp文件除了必要的硬件初始化以外，要編寫OS_CPU_SysTickClkFreq()函數(shù)，這個在OS_CPU_SysTickInit()中會被調(diào)用，主要是是為了確定處理器時鐘頻率。(2) 改變中斷向量表這里要用到兩個啟動文件：，這兩個文件不要用例程中的，所以需要自己改變一下，ucos系統(tǒng)文件中定義的PendSV和SysTickHandler的入口函數(shù)分別是OS_CPU_PendSVHandler和OS_CPU_SysTickHandler，IMPORT開頭的和DCD開頭的。這樣中斷向量就指向成功了。(3) 編寫適當?shù)膆文件STM32的頭文件編寫挺有學問，這個要自己慢慢領(lǐng)悟，當編譯出現(xiàn)問題，某個東西沒被聲明時就是某個頭文件沒有包含進去。(4) 編寫應(yīng)用程序在系統(tǒng)移植成功后將創(chuàng)建任務(wù)來完成我們需要完成的功能，創(chuàng)建可以采用INT8U OSTaskCreate()或INT8U OSTaskCreateExt()；函數(shù)原型如下： INT8U OSTaskCreate(void(*task) (void*p_arg),void*p_arg, OS_STK *ptos,INT8U prio)；創(chuàng)建函數(shù)設(shè)置任務(wù)函數(shù)（任務(wù)代碼首地址）和任務(wù)參數(shù)，分配棧頂（ptos），和優(yōu)先級。Ptos的傳入做法在可讀寫數(shù)據(jù)區(qū)分配一個數(shù)據(jù)OS_STKS