【正文】 SⅡ 在ARM CortexM3 中的的移植和實(shí)時任務(wù)的編寫兩個部分。 本次設(shè)計(jì)硬件電路根據(jù)硬件原理圖繪制成pcb版圖進(jìn)行制版。 在需要的情況下，I/O引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作鎖定，以避免意外的寫入I/O寄存器。多數(shù)GPIO引腳都與數(shù)字或模擬的復(fù)用外設(shè)共用。AHB和高速APB的最高頻率是72MHz，低速APB的最高頻率為36MHz。同樣，在需要時可以采取對PLL時鐘完全的中斷管理(如當(dāng)一個間接使用的外部振蕩器失效時)。多達(dá)80個通用I/O口連接到16個外部中斷線。每個中斷線都可以獨(dú)立地配置它的觸發(fā)事件(上升沿或下降沿或雙邊沿)，并能夠單獨(dú)地被屏蔽；有一個掛起寄存器維持所有中斷請求的狀態(tài)。● 緊耦合的NVIC能夠達(dá)到低延遲的中斷響應(yīng)處理 ● 中斷向量入口地址直接進(jìn)入內(nèi)核 ● 緊耦合的NVIC接口 ● 允許中斷的早期處理 ● 處理晚到的較高優(yōu)先級中斷 ● 支持中斷尾部鏈接功能 ● 自動保存處理器狀態(tài) ● 中斷返回時自動恢復(fù)，無需額外指令開銷 該模塊以最小的中斷延遲提供靈活的中斷管理功能。芯片有64K內(nèi)置閃存存儲器，用于存放程序和數(shù)據(jù)；20K字節(jié)的內(nèi)置SRAM，CPU能以0等待周期訪問(讀/寫)。 ARM的CortexM3是32位的RISC處理器，提供額外的代碼效率，在通常8和16位系統(tǒng)的存儲空間上發(fā)揮了ARM內(nèi)核的高性能。包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個I2C接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。本設(shè)計(jì)采用的是ARM的 CortexM3 32位的RISC內(nèi)核為核心STM32F103CBT6芯片。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進(jìn)入溫度轉(zhuǎn)換時總線被一個強(qiáng)上拉拉高，否則將不會由返回值。在那之后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位。 DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)字的溫度傳感器。3 3 VDD 可選的VDD 引腳。 DS18B20引腳排列表1 詳細(xì)引腳說明8 引腳SOIC 封裝 TO9 封裝 符號 說明5 1 GND 接地 4 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。；●測溫范圍為55～＋125℃（－67～＋257℉）；●在－10～＋85℃范圍內(nèi)精確度為177。這一特性在HVAC 環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。除此之外，DS18B20能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對外部電源的需求。它的測溫范圍為55～＋125℃，并且在10～＋85℃精度為177。 DS18B20概述本設(shè)計(jì)溫度采集采用DS18B20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計(jì)，DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供912 位攝氏溫度測量而且有一個由高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。 本設(shè)計(jì)采用三個按鍵來控制溫度限制的設(shè)定，即setkey、downkey、upkey。 LED顯示電路圖中7段四位LED共陽極數(shù)碼管所示11引腳為數(shù)據(jù)傳輸口，12引腳為控制口。通過電源模塊為電路板提供電源。LM1117有可調(diào)電壓的版本，～，它提供電流限制和熱保護(hù)，電路包含1個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。如圖外接一個變壓器將220v電壓轉(zhuǎn)換為5v后輸入P1。本系統(tǒng)的核心硬件是以ARM的 CortexM3 32位的RISC內(nèi)核為核心的STM32F103CBT6芯片 ，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，設(shè)計(jì)中圍繞這個核心處理器提供了多種接口，內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)、3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。即使是這些領(lǐng)地這幾年也在逐漸喪失，這是一件很不幸的事情，因?yàn)榕cC++比起來，Ada 有很多特性可以簡化嵌入式軟件的開發(fā)工作[8]。Ada 開始是美國國防部為了開發(fā)面向任務(wù)的軍用軟件而設(shè)計(jì)的。Ada 也是一種面向?qū)ο蟮恼Z言。他的核心語言特性和C語言完全一樣，但是C++提供了更好的數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο笮问降木幊坦δ?。匯編語言現(xiàn)在只用作高級語言的附件，通產(chǎn)只用在那些必須要求極高效率或非常緊湊，或者是其他方法無法編寫的小段代碼里。這樣早市程序員可以完全控制處理器和其它硬件，當(dāng)然也是有代價的。至少還有其他三種值得詳細(xì)說明一下，即匯編語言、C++語言和Ada 語言。很少有其他高級語言可以像C一樣，為幾乎所有的處理器生成經(jīng)湊的、高效的代碼，同時只有C與與程序員方便地和底層硬件打交道[7]。更重要的是，C語言是和處理器無關(guān)的，這就能夠讓程序員可以著眼于算法和應(yīng)用而不用考慮特定處理器結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)語言與其他語言比如Pascal 和FORTRAN 區(qū)別開的地方就是，C語言是一個非常“低級”的高級語言，C語言給與嵌入式程序員很大程度的直接控制硬件的能力，卻不會失去高級語言帶來的好處。C語言做到了這一定，相對于其他語言C是有很多優(yōu)勢的。 嵌入式系統(tǒng)編程語言的選擇和其他語言相比，C語言已經(jīng)成為嵌入式程序員的語言了。在上述情況下，在兩個任務(wù)之間發(fā)生優(yōu)先級反轉(zhuǎn)是無法避免的。發(fā)生這種情況，在μC/OSⅡ中稱為優(yōu)先級反轉(zhuǎn)。如果顯示原有信息需要耗費(fèi)大量時間，系統(tǒng)只好等。而在μC/OSⅡ中采用信號量的方法時，只有顯示屏把原有信息顯示完畢后才可以顯示新信息，從而可以避免這個問題。當(dāng)顯示屏正在顯示信息的時候，外部產(chǎn)生了一個中斷，而在中斷服務(wù)程序中需要顯示屏顯示其他信息。在這個過程中即使有優(yōu)先權(quán)更高的任務(wù)進(jìn)入了就緒態(tài)，因?yàn)闊o法得到此信號量，也不能使用該資源。當(dāng)一個任務(wù)需要使用一個共享資源時，它必須先申請得到這個信號量。一般情況下使用的是信號量的方法。在任務(wù)中添加代碼時，只要不是共享資源就不必?fù)?dān)心互相之間有影響。一個完整的程序可以劃分成幾個任務(wù)，不同的任務(wù)執(zhí)行不同的功能。μC/OSⅡ?qū)蚕碣Y源提供了保護(hù)機(jī)制。例如，用單片機(jī)控制兩小塊顯示屏?xí)r，無論是編程者還是使用者肯定希望它們同時工作，而不是顯示完一塊顯示屏的信息以后再顯示另一塊顯示屏的信息。但是在應(yīng)用系統(tǒng)中，重要任務(wù)畢竟是有限的，這就使得劃分其他任務(wù)的優(yōu)先權(quán)變成了一個讓人費(fèi)神的問題。μC/OSⅡ的這種特性是好是壞，主要看從什么角度來判斷了。進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)首先得到ＣＰＵ的使用權(quán)，只有等它交出ＣＰＵ的使用權(quán)后，其他任務(wù)才可以被執(zhí)行。它是一個基于優(yōu)先級的實(shí)時操作系統(tǒng)。因?yàn)棣藽/OSⅡ要求在中斷服務(wù)程序末尾使用ＯＳＩＮＴＥＸＩＴ函數(shù)以判斷是否進(jìn)行任務(wù)切換，這需要花費(fèi)一定的時間。對于一些對中斷響應(yīng)時間有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)，這是必不可少的。如果使用μC/OSⅡ，只要把數(shù)據(jù)處理程序的優(yōu)先級設(shè)定的高一些并在中斷服務(wù)程序中使它進(jìn)入就緒態(tài)，中斷結(jié)束后數(shù)據(jù)處理程序就會被立即執(zhí)行。由于主程序是循環(huán)執(zhí)行的，所以它總有機(jī)會檢測到這一標(biāo)志并轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)處理程序中去。假如需要用中斷方式采集一批數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，在傳統(tǒng)的編程方法中不能在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，因?yàn)檫@會使得關(guān)中斷時間過長。通常都是在中斷服務(wù)程序中使高優(yōu)先級任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)(例如使用發(fā)送信號的方法)，退出中斷服務(wù)程序后，將進(jìn)行任務(wù)切換，高優(yōu)先級任務(wù)被執(zhí)行[3]。同時μC/OSⅡ是一個占先式的內(nèi)核，即已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級任務(wù)可以剝奪正在運(yùn)行的低優(yōu)先級任務(wù)的ＣＰＵ使用權(quán)。其內(nèi)核為占先式，支持信號量、郵箱、消息隊(duì)列等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制，現(xiàn)已成功的應(yīng)用到各種商業(yè)嵌入式系統(tǒng)中，是一個成熟穩(wěn)定的實(shí)時內(nèi)核。中斷管理服務(wù)。操作系統(tǒng)的（中斷延遲、任務(wù)切換、驅(qū)動程序延遲等）行為是可知的和可預(yù)測的是指在全負(fù)載的情形下，最壞反應(yīng)時間可知的；操作系統(tǒng)具備消除優(yōu)先級轉(zhuǎn)置的機(jī)制；操作系統(tǒng)具備支持可預(yù)測的任務(wù)同步機(jī)制；多任務(wù)和可搶占的；(2)實(shí)時操作系統(tǒng)的特點(diǎn)由于實(shí)時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則差別很大，因此在很多資源調(diào)度策略的選擇上以及操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法上兩者郡具有較大的差異。也就是說，實(shí)時操作系統(tǒng)注重的是個體表現(xiàn)，更準(zhǔn)確地講是個體最壞情況的表現(xiàn)?？深A(yù)測性是指在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時刻，在任何情況下，實(shí)時操作系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭奪資源（包括CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）的多個實(shí)時任務(wù)合理地分配資源，使每個實(shí)時任務(wù)的實(shí)時性要求都能得到滿足。此外實(shí)時任務(wù)之間可能還會有一些復(fù)雜的關(guān)聯(lián)和同步關(guān)系，如執(zhí)行順序限制、共享資源的互斥訪問要求等，這就為系統(tǒng)實(shí)時性的保證帶來了很大的困難。與分時系統(tǒng)相比，具有多路性、獨(dú)立性、及時性、交互性、可靠性的特點(diǎn)。(1) 實(shí)時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的區(qū)別“實(shí)時操作系統(tǒng)”是相對“分時操作系統(tǒng)”而言的，人們?nèi)粘＝佑|的通用操作系統(tǒng)（如Windows、Unix、linux 等）都是分時操作系統(tǒng)。由此可見，在選用操作系統(tǒng)時，一定要選擇一個好的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)。一般情況下，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩類：一類是面向控制、通訊領(lǐng)域的實(shí)時操作系統(tǒng)，如WindRiver 公司的VxWorks、ISI 的pSOS、QNX系列如建公司的QNX、AITI 的Nucleus 等，其特點(diǎn)是模塊化，是實(shí)行好，性能穩(wěn)定，但由于操作系統(tǒng)以及開發(fā)環(huán)境都是專有的，所以價格一般都比較高，而且不提供源代碼，只提供二進(jìn)制碼，另一類是面向個人數(shù)字助理（PDA）、移動電話、機(jī)頂盒、電子書等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的非實(shí)時操作系統(tǒng)，如Palm 公司的Palm OS，微軟的Windows CE，到目前為止，以掌上計(jì)算機(jī)和高檔PDA 為代表手持設(shè)備市場是開發(fā)最為成熟的嵌入式設(shè)備市場，而Palm OS 和Windows CE 在這一領(lǐng)域占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。嵌入式操作系統(tǒng)在通信、電子、自動化等領(lǐng)域具有無比的優(yōu)越性，其實(shí)時處理能力得到越來越多的重視，關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)的研究正在不斷深入。除了這款處理其本身集合了ARM7與ARM9的許多優(yōu)點(diǎn)以外，網(wǎng)上存在的大量相關(guān)的免費(fèi)資源，包括從編譯器到操作系統(tǒng)，到調(diào)試工具，都是我們選用這款處理器的重要原因。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用的是ARM CortexM3為核心的STM32F103CBT6芯片。(4)M68K/ColdFireM68K 是最早廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域的內(nèi)核，尤其在汽車制造領(lǐng)域。(3)PowerPCPowerPC 體系結(jié)構(gòu)規(guī)范由IBM、Apple 和Motorola 共同提出。ARM 已經(jīng)為移動通信、手持計(jì)算、多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式解決方案的RISC 標(biāo)準(zhǔn)。一般按照處理器的體系結(jié)構(gòu)來看，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中，幾乎所有的處理器都是RISC 內(nèi)核（本文只涉及32 位高檔處理器，對于8 位和16 微處理器以及DSP 不做討論），一下列出了幾種常用的處理器：(1)MIPSMIPS(Microprocessor without interlocked piped stages)，“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”，其機(jī)制是盡量利用軟件方法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題，它是顯著的特點(diǎn)是高速，而且有的還集成了許多內(nèi)和結(jié)構(gòu)，因此廣泛應(yīng)用與高端市場。而且，如果是大量使用，用電成本也必須考慮[2]。(4)功率嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品很多都是由電池供電的，因此對于電源的管理可以說到了近乎苛刻的地步。為此要求程序編寫的編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長度，提高執(zhí)行速度?？梢詮囊韵聨讉€方面說明嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的特點(diǎn)(1)用戶界面和控制面板在這個方面不同的系統(tǒng)因功能不同而有很大的差別，有的系統(tǒng)可能只有幾個簡單的控制按鍵，而現(xiàn)實(shí)只需要幾個示意的發(fā)光二極管就可以了，有的系統(tǒng)卻要求包括多個菜單和許多選項(xiàng)，甚至有的要求精確的圖形用戶界面，如GPS。根據(jù)英國電機(jī)工程師協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)控制、監(jiān)視或設(shè)備、機(jī)器、甚至工廠運(yùn)作的裝置。一般為專門設(shè)計(jì)的芯片。(3)芯片式嵌入一個芯片是一個完整的專用計(jì)算機(jī)，具有完整的輸入輸出接口，完成專一功能。(2)