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μC/OS-II在GPRS终端系统中的应用
作者:xiaoli 时间:2009/8/8 文章来源:来自网络

 实时嵌入式操作系统μC/OS-II面向中小型嵌入式应用,包含全部功能模块的内核大约为10KB,RAM的应用量主要与系统中的任务数有关。

  GPRS是在目前运行的GSM网络基础上发展起来的数据业务,可以采用与GSM同样的调制技术、频率,以及同样的TDMA帧结构。利用现有的基站子系统(BSS),GPRS从一开始就可以提供全面的覆盖。

  GPRS终端系统的硬件组成

  GPRS终端系统主要由控制部分和GPRS无线模块组成,如图1所示。

GPRS终端的硬件组成原理

图1 GPRS终端的硬件组成原理

  为了适应嵌入式技术在GPRS通信中的应用,系统的控制部分采用了S3C44B0x芯片。

  S3C44B0x是16/32位RISC微处理器, 为手持设备和通常应用提供了一种高性价比的解决方案。

  S3C44B0x具有丰富的片内资源,可以通过串行接口操作GPRS模块,操作指令为AT命令集。

  GPRS无线模块采用了SIM300,该模块支持GPRS的语音、数据和短信息功能,内嵌TCP/IP协议。该模块主要由射频天线、内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个60脚的ZIF插座组成。其中,GSM基带处理器是核心部件,其作用相当于一个协议处理器,用来处理外部系统通过串口发送过来的AT指令。GPRS模块接收速率可达86.2kbps,发送速率达21.5kbps,易于集成。

  μC/OS-II的移植

  μC/OS-II是一个移植性很强的操作系统,其源代码分为硬件无关和硬件有关两个部分,移植时只需修改与硬件有关的部分。移植μC/OS-II到S3C44B0X 上,需做以下工作:

  (1) 修改数据类型

  为保持与平台的无关性,μC/OS-II使用经过宏定义的通用类型,如INT16U,表示16 位无符号数。在移植时,要把它们映射成正确的类型。

  (2) 进入和退出临界段

  用关闭和打开中断的方式,实现进入临界段函数OS_ENTER_CRITICAL()和退出临界段函数OS_EX2IT_CRITICAL()。

  (3) 设置堆栈生长方向

  不同的处理器堆栈的生长方向不同,对S3C44B0X来说,其生长方向可以向上也可以向下。但是,由于编译器ADS仅支持堆栈从上往下长,并且必须是满递减堆栈,所以这里要设置的实际使用方向为向下增长,即

  #define OS_STR_GROWTH 1;

  (4) 任务的切换和调度

  进行任务的切换和调度有两种方法,一是当前运行的任务主动调用OS_Sched() ,判断是否有更高优先级的任务要运行,如果有就将其切换到就绪态,然后调用OS_TASK_SW() ,产生一个软中断,中断向量指向函数OSIntCtxSw() ,在其中修改任务堆栈,运行新的任务。二是产生硬件中断后,在中断处理函数中调用OSIntEx()。

  在上述过程中,产生软中断和修改任务堆栈的代码都是与处理器相关的, S3C44B0X 的软中断汇编指令是SWI ,压栈和出栈的汇编指令分别是STM和LDM。

  (5) 堆栈的初始化

  μC/OS-II在创建任务时会调用OSTaskStkInt() 函数对任务堆栈进行初始化,这里需要将堆栈设置成和产生中断后的形式一样,一般包括任务起始地址、中断返回地址、CPU 寄存器等内容。另外,还要保证任务是运行在特权模式下,而不是用户模式下。

  (6) 时钟节拍中断

  μC/OS-II用时钟节拍中断实现时间延迟和超时功能,定时频率一般在10Hz~100Hz。设置定时器的代码与CPU 相关,中断向量必须指向μC/OS-II时钟节拍中断服务子程序OSTickISR() 。

  系统的流程和任务的组成

  本系统中,首先调用OSInit(),初始化μC/OS-II所有的变量和数据结构,再调用ARM_init()初始化微控制器的定时器及串口等硬件,通过调用OSTaskCreate(),依次创建各个任务,最后调用OSStart()启动系统,开始多任务调度。整个系统控制程序模块及流程如图2 所示。

系统控制程序模块及流程

图2 系统控制程序模块及流程

  整个系统中的任务包括ARM控制部分的键盘扫描、LCD显示任务和通信任务以及GPRS终端功能的短消息任务,语音通话任务等。因此,在μC/OS-II系统中的任务主要包括:

  键盘扫描任务task_sys_key scan(),包括4×4键盘部分的扫描识别keyscan(),以及对应按键功能编码的实现keyscan_code()等。

  LCD显示任务task_sys_ lcddis(),包括背景内容显示display_context()、输入内容显示display_input()、输出内容显示display_output()等。

       通信任务task_sys_ communication(),除了包括系统和主机进行通信的函数host_msg(),以实现通过电脑进行系统操作,还有各个任务之间相互通信的处理msg_tasl()。

  话音通话任务task_sys_ telephone(),其中包括电话呼叫GPRS_phone_call()、电话接听gprs_phone_recevie()等。 另外,还包括系统短信收发任务。

  根据系统进行GPRS短消息通信和语音通信的功能要求,设置各个任务的优先级如表1所示。

   结语

  μC/OS-II实时操作系统是开放源代码且得到实际验证的软件平台,而S3C44BOx具有强大的32位RISC性能,基于此软件及硬件平台对GPRS模块进行设计,能大量减轻研发任务,提高研发速度,为在短时间内实现GPRS终端系统设计创造良好条件。

  参考文献

  1.周航慈,吴光文等,基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术[M],北京航空航天大学出版社,2006

  2.曹莉,基于GPRS网络的数据无线传输的实现接口[C],现场总线与网罗技术,2006

  3.华亮,基于μ C/OS-II的嵌入式系统应用平台的构建[C],计算机工程,2004年

作者:武汉中国地质大学机电学院 杨金峰 叶敦范 余永宝

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