【正文】 ，并把微處理器帶入了我們個(gè)人和職業(yè)生活的每一個(gè)角落。嵌入式系統(tǒng)的數(shù)量看起來(lái)肯定會(huì)繼續(xù)迅速增長(zhǎng)，一機(jī)構(gòu)很多具有巨大市場(chǎng)潛力的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備：可以被中央計(jì)算機(jī)控制的調(diào)光器和恒溫器。很明顯，掌握一定技能并且愿意從事下一代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人將會(huì)獲得更多的機(jī)會(huì)[1]。一般這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能完整而強(qiáng)大，完成系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵工作，也具有較為完善的人機(jī)界面和外部設(shè)備。如雷達(dá)的數(shù)字處理部件，一般選用專用CPU或DSP。如顯示處理器、微波爐控制器等。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，芯片式嵌入應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。它是一種計(jì)算機(jī)軟件與硬件的綜合體，并且特別強(qiáng)調(diào)量身定做的原則，也就是給予某種特殊的用途，會(huì)針對(duì)這項(xiàng)用途開(kāi)發(fā)出截然不同的一個(gè)系統(tǒng)。(2)軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展是處理器速度不斷提高，系統(tǒng)存儲(chǔ)器容量不斷增加，價(jià)格也不斷下降，但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，多數(shù)時(shí)候還存在實(shí)時(shí)性的要求。(3)制造成本制造成本在很多情況下是十分重要的，尤其對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品，它由許多因素決定，比如處理器的種類，所需存儲(chǔ)器的大小及需要哪些I/O設(shè)備，當(dāng)然還有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序的成本。即使是一些直接接入電網(wǎng)的設(shè)備，功耗同樣是一個(gè)重要的指標(biāo)，大功率意味著很大的散熱量，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作是有很大的影響的。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品的功能日趨復(fù)雜，越來(lái)越多的應(yīng)用系統(tǒng)了高性能的32 位微處理器，以滿足產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化功能。(2)ARMARM 公司是知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，涉及的內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)，特有16/32 位上指令集。在所有基于ARM 處理器系列中，基于ARM7 內(nèi)核的處理器應(yīng)用最廣泛。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性能好、方便靈活，它在高速和低功耗之間作了很好的妥協(xié)，通常在外圍集成了豐富的外圍接口電路，被Motorola 公司大量應(yīng)用于嵌入式通信市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)中興和華為大量采用在其產(chǎn)品中。ColdFire 在其成了M68K 的基礎(chǔ)上對(duì)其作了改進(jìn)，并保持了對(duì)M68K 的兼容性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，機(jī)器人研究和家電控制領(lǐng)域。這是一個(gè)專門(mén)為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的32 位CPU。 嵌入式操作系統(tǒng)早在 20 世紀(jì)60 年代，人們就已經(jīng)開(kāi)始了嵌入式操作系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)工作。正是由于嵌入式處理器的多樣性在成了嵌入式操作系統(tǒng)的多樣性，對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)，很多人將其等同為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但實(shí)際上這是有差別的。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所作的課題是基于ARMCortexM3的32位RISC內(nèi)核的實(shí)時(shí)嵌入式設(shè)備，而嵌入式設(shè)備的運(yùn)行好壞的另一個(gè)關(guān)鍵就是嵌入式操作系統(tǒng)。這樣，也有必要了解事實(shí)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及其與常用的通用操作系統(tǒng)的區(qū)別。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，除了要滿足應(yīng)用的功能需求以外，更重要的是還要滿足應(yīng)用提出的實(shí)時(shí)性要求，而組成一個(gè)應(yīng)用的眾多實(shí)時(shí)任務(wù)對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求是各不相同的。因此，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)所遵循的最重要的設(shè)計(jì)原則是：采用各種算法和策略，始終保證系統(tǒng)行為的可預(yù)測(cè)性（predictability）。與通用操作系統(tǒng)不同，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)注重的不是系統(tǒng)的平均表現(xiàn)，而是要求每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在最壞情況下都要滿足其實(shí)時(shí)性要求。舉例來(lái)說(shuō)，如果實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的虛存技術(shù)，則一個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行的最壞情況是每次訪問(wèn)內(nèi)存都需要調(diào)頁(yè)，如此累計(jì)起來(lái)的該任務(wù)在最壞情況下的運(yùn)行時(shí)間是不可預(yù)測(cè)的，因此該任務(wù)的實(shí)時(shí)性無(wú)法得到保證。一個(gè)好的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需要具備以下功能（必須但非充分）：任務(wù)具有優(yōu)先級(jí)；支持多任務(wù)間的通信；存儲(chǔ)器優(yōu)化管理（含ROM 的管理）；實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù)； μC/OSII 嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介之所以在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用μC/OSⅡ嵌入式操作系統(tǒng)，是因?yàn)棣藽/OSⅡ的功能十分強(qiáng)大，它支持56 個(gè)用戶任務(wù)。更為重要的一點(diǎn)是與大多商用RTOS 不同，μC/OSⅡ公開(kāi)所有的源代碼，而且μC/OSⅡ90%的代碼使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSI C 語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)，程序可讀性強(qiáng)、移植性好；它可免費(fèi)獲得，即使商業(yè)應(yīng)用也只收取少量的許可費(fèi)用。這個(gè)特點(diǎn)使得它的實(shí)時(shí)性比非占先式的內(nèi)核要好。以51 單片機(jī)為例，比較一下就可以發(fā)現(xiàn)這樣做的好處。所以經(jīng)常采用的方法是置一標(biāo)志位，然后退出中斷。但是因?yàn)闊o(wú)法確定發(fā)生中斷時(shí)程序到底執(zhí)行到了什么地方，也就無(wú)法判斷要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)處理程序才會(huì)執(zhí)行，中斷響應(yīng)時(shí)間無(wú)法確定，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。這樣可以把中斷響應(yīng)時(shí)間限制在一定的范圍內(nèi)。但是如果數(shù)據(jù)處理程序簡(jiǎn)單，這樣做就未必合適。μC/OSⅡ和大家所熟知的Windows 等分時(shí)操作系統(tǒng)不同，它不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。每一個(gè)任務(wù)必須具有不同的優(yōu)先級(jí)(分析它的源碼會(huì)發(fā)現(xiàn)，μC/OSⅡ把任務(wù)的優(yōu)先級(jí)當(dāng)作任務(wù)的標(biāo)識(shí)來(lái)使用，如果優(yōu)先級(jí)相同，任務(wù)將無(wú)法區(qū)分)。所以只能說(shuō)它是多任務(wù)，不能說(shuō)是多進(jìn)程，至少不是人們所熟悉的那種多進(jìn)程。顯而易見(jiàn)，如果只考慮實(shí)時(shí)性，它當(dāng)然比分時(shí)系統(tǒng)好，它可以保證重要任務(wù)總是優(yōu)先占有ＣＰＵ。另外，有些任務(wù)交替執(zhí)行反而對(duì)用戶更有利。這時(shí)候，要是μC/OSⅡ既能支持優(yōu)先級(jí)法又能支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法就更好了[4]。正如前文所述，μC/OSⅡ是一個(gè)支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。這樣，一個(gè)任務(wù)就相當(dāng)于模塊化設(shè)計(jì)中的一個(gè)子模塊。對(duì)于共享資源(例如串口)，μC/OSⅡ也提供了很好的解決辦法。簡(jiǎn)單地說(shuō)，先創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量并對(duì)它進(jìn)行初始化。而一旦它得到了此信號(hào)量，那就只有等它使用完了該資源，信號(hào)量才會(huì)被釋放。這個(gè)特點(diǎn)的好處顯而易見(jiàn)，這里還拿傳統(tǒng)的單片機(jī)程序來(lái)做比較。這樣，退出中斷服務(wù)程序后，原有的信息就可能被破壞了。不過(guò)，采用這種方法是以犧牲系待統(tǒng)的實(shí)時(shí)性為代價(jià)的。從結(jié)果上看，等于延長(zhǎng)了中斷響應(yīng)時(shí)間，這對(duì)于未顯示信息是報(bào)警信息的情況，無(wú)疑是致命的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是高優(yōu)先級(jí)任務(wù)必須等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的完成。所以使用μC/OSⅡ時(shí)，必須對(duì)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)了解清楚，才能選擇對(duì)某種共享資源是否使用信號(hào)量[5]。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)給定的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，選擇一種語(yǔ)言對(duì)成功的開(kāi)發(fā)是如此的重要，所以，當(dāng)一種語(yǔ)言被證明可以同時(shí)適于8 位和64 位處理器[6]，適用于字節(jié)、千字節(jié)甚至兆字節(jié)的系統(tǒng)時(shí)，這種語(yǔ)言一定會(huì)被程序員所廣泛采用的。它小而易學(xué)，在今天幾乎每一種處理器都有C 的編譯器，同時(shí)還擁有相當(dāng)多的有經(jīng)驗(yàn)的C 程序員?！暗图?jí)”的內(nèi)在本質(zhì)是這個(gè)語(yǔ)言創(chuàng)建者的明顯目的。當(dāng)然，C語(yǔ)言并不是嵌入式程序言使用的唯一的語(yǔ)言。在早期的時(shí)候，嵌入式軟件只能用目標(biāo)處理器的匯編語(yǔ)言來(lái)書(shū)寫(xiě)。除了更高的軟件開(kāi)發(fā)費(fèi)用和缺乏移植性，匯編語(yǔ)言還有很多缺點(diǎn)。C++使C語(yǔ)言的面向?qū)ο蟮某谇度胧匠绦騿T中變得越來(lái)越流行。這些新的特性對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員非常有幫助，但是部分特性會(huì)降低可執(zhí)行程序的性能，所以C++在大的開(kāi)發(fā)隊(duì)伍利用的最為普遍，在那里對(duì)程序員的幫助要比程序效率的損失更為重要。不過(guò)和C++完全不同。盡管它曾兩次被接納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（Ada83 和Ada95），但是Ada 從來(lái)沒(méi)有在防務(wù)和航空領(lǐng)域之外獲得足夠的應(yīng)用。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)計(jì)劃，用于描述如何實(shí)現(xiàn)在需求分析和規(guī)格說(shuō)明中提出的功能的，而后用于設(shè)計(jì)搭建整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。： 該系統(tǒng)硬件由電源模塊、LED顯示模塊、溫度采集模塊、超限報(bào)警模塊、按鍵控制模塊、輸入控制模塊和主處理芯片組成對(duì)于任何系統(tǒng)都需要進(jìn)行供電，考慮到本系統(tǒng)采用的是貼片式的低電壓處理器。圖中IC1器件為L(zhǎng)M1117，LM1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。1%以內(nèi)。本設(shè)計(jì)顯示模塊是采用段7段四位LED數(shù)碼管顯示。溫度報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)溫度超過(guò)設(shè)定值報(bào)警功能，報(bào)警采用蜂鳴器。本設(shè)計(jì)軟件燒寫(xiě)口采用20路的JTAG接口。DS18B20通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20 之間僅需一條連接線（加上地線）。5℃。每個(gè) DS18B20 都有一個(gè)獨(dú)特的64 位序列號(hào)，從而允許多只DS18B20 同時(shí)連在一根單線總線上；因此，很簡(jiǎn)單就可以用一個(gè)微控制器去控制很多覆蓋在一大片區(qū)域的DS18B20。DS18B20的特征有以下幾個(gè)方面：● 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊；●每個(gè)器件有唯一的 64 位的序列號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中；●簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布式測(cè)溫應(yīng)用；●無(wú)需外部器件；●可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電。5℃；●溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為9～12位；●最多在 750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12 位數(shù)字；●用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；●與DS1822兼容的軟件；●應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)[10]。對(duì)于單線操作：漏極開(kāi)路當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來(lái)提供電源（建“寄生電源”節(jié)）。工作與寄生電源模式時(shí)VDD必須接地。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，℃，℃，℃℃增量遞增。DS18B20啟動(dòng)后保持低功耗等待狀態(tài)；當(dāng)需要執(zhí)行溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換時(shí)，總線控制器必須發(fā)出[44h]命令。當(dāng)DS18B20由外部電源供電時(shí)，總線控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時(shí)序”，DS18B20正在溫度轉(zhuǎn)換中返回0,轉(zhuǎn)換結(jié)束返回1。 表2 溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制）+125 0000 0111 1101 0000 07D0h+85 0000 0101 0101 0000 0550h+ 0000 0001 1001 0001 0191h+ 0000 0000 1010 0010 0A2h+ 0000 0000 0000 1000 0008h0 0000 0000 0000 0000 0000h 1111 1111 1111 1000 FFF8h 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 1111 1110 0110 1111 FE6Eh55 1111 1100 1001 0000F C90h 。該芯片工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K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)。這些豐富的外設(shè)配置，使得STM32F103xx產(chǎn)品容量增強(qiáng)型系列微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合：● 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制● 醫(yī)療和手持設(shè)備● PC游戲外設(shè)和GPS平臺(tái)● 工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器(PLC)、變頻器、打印機(jī)和掃描儀● 警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講、和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等ARM的CortexM3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺(tái)、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)。 STM32F103CBT6增強(qiáng)型系列擁有內(nèi)置的ARM核心，因此它與所有的ARM工具和軟件兼容。STM32F103CBT6增強(qiáng)型系列內(nèi)置嵌套的向量式中斷控制器，能夠處理多達(dá)43個(gè)可屏蔽中斷通道(不包括16個(gè)CortexM3的中斷線)和16個(gè)優(yōu)先級(jí)[10]。外部中斷/事件控制器包含19個(gè)邊沿檢測(cè)器，用于產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求。EXTI可以檢測(cè)到脈沖寬度小于內(nèi)部APB2的時(shí)鐘周期。系統(tǒng)時(shí)鐘的選擇是在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行，復(fù)位時(shí)內(nèi)部8MHz的RC振蕩器被選為默認(rèn)的CPU時(shí)鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監(jiān)控的4~16MHz時(shí)鐘；當(dāng)檢測(cè)到外部時(shí)鐘失效時(shí)，它將被隔離，系統(tǒng)將自動(dòng)地切換到內(nèi)部的RC振蕩器，如果使能了中斷，軟件可以接收到相應(yīng)的中斷。 多個(gè)預(yù)分頻器用于配置AHB的頻率、高速APB(APB2)和低速AP