用uc/OS-2操作系統實(shí)現省電模式

摘  要:本文介紹了基于A(yíng)RM7內核的Philips lpc2214 MCU在uc/OS-2實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統中的低功耗設計與實(shí)現，該方法可以推廣到其它的嵌入式系統應用中。

關(guān)鍵詞:  低功耗；uc/OS-2 RTOS；Philips lpc2214

引言

    嵌入式系統的低功耗設計越來(lái)越成為人們關(guān)心的焦點(diǎn)。一般的嵌入式MCU都有空閑和掉電兩種省電模式，但如何在嵌入式操作系統中實(shí)現這兩種模式則是開(kāi)發(fā)者面臨的一個(gè)難題。本文將給出這個(gè)問(wèn)題的一種解決方案，它使用Philips lpc2214 MCU作為處理器構建硬件平臺，并在其上運行uc/OS-2實(shí)時(shí)操作系統，通過(guò)合理地設置處理器的相關(guān)寄存器和在uc/OS-2上建立相應的任務(wù)，來(lái)實(shí)現MCU的掉電模式。

lpc2214簡(jiǎn)介 　　

　　lpc2214是Philips公司的一款嵌入式微控制器(MCU),它采用ARM7TDMI內核，片上資源十分豐富，擁有16K RAM，256K Flash，兩個(gè)標準串行端口，兩個(gè)SPI端口，一個(gè)I2C端口，內部實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門(mén)狗，A/D轉換，外部存儲器接口(最大支持64M)等。這樣，只需一片lpc2214，加上少許外圍電路，就可以輕松地組成一個(gè)嵌入式系統。

　　lpc2214具備兩種省電模式:空閑（IDLE）和掉電（POWER-DOWN）。通過(guò)配置相應的寄存器，就可以使其進(jìn)入相應的省電模式?？臻e模式時(shí),系統時(shí)鐘一直有效，處理器，存儲器系統和相關(guān)控制器及內部總線(xiàn)不再消耗功率，可通過(guò)中斷使處理器恢復運行；掉電模式時(shí)，振蕩器關(guān)閉，片內外設不再消耗功率，復位或者外部中斷可以喚醒掉電模式。典型條件下，MCU的工作電流大概在60mA,而掉電模式下的靜態(tài)電流只有10uA左右。

uc/OS-2簡(jiǎn)介

　　uc/OS-2屬實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，用ANSI C編寫(xiě)，含小部分匯編代碼，可通過(guò)移植用于不同架構的微處理器。至今，從8位到64位，uc/OS-2已在超過(guò)40種不同架構的微處理器上運行，其應用領(lǐng)域廣泛。

　　uc/OS-2是可搶占的實(shí)時(shí)操作系統，即當前正在運行的任務(wù)會(huì )被后來(lái)進(jìn)入就緒態(tài)下的更高優(yōu)先級的任務(wù)所搶占。這項工作是由調度器（scheduler）完成的。每當正在運行的任務(wù)結束自己對CPU的占用，或者一個(gè)新的任務(wù)建立時(shí)，調度器都會(huì )進(jìn)行一次新的調度保證當前任務(wù)及就緒態(tài)任務(wù)中的最高優(yōu)先級任務(wù)獲得到CPU的使用權。

在操作系統中實(shí)現掉電功能
 

　　空閑和掉電這兩種省電模式的實(shí)現方法幾乎是相同的，只有寄存器和喚醒方式的不同，故本文只介紹掉電模式的實(shí)現。
 

lpc2214中的相關(guān)寄存器
 

　　lpc2214中控制MCU進(jìn)入空閑模式和掉電模式相關(guān)的寄存器是：
 
　　PCON：功率控制寄存器；
 
　　PCONP：外設功率控制寄存器；

　　掉電模式的喚醒是通過(guò)外部中斷實(shí)現的，與外部中斷相關(guān)的寄存器是： 

　　EXTINT：  外部中斷標志寄存器；
 
　　EXTWAKE： 外部中斷喚醒寄存器；
 
　　EXTMODE： 外部中斷方式寄存器；
 
　　EXTPOLAR：外部中斷極性寄存器
 
lpc2214掉電功能的具體實(shí)現

    在這里通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明：系統復位后創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)TaskStart()，它負責初始化與外部中斷相關(guān)的寄存器，同時(shí)在該任務(wù)中建立N個(gè)用戶(hù)任務(wù)Task1(), Task2(),...TaskN()和1個(gè)用于進(jìn)入掉電模式的任務(wù)Task_Powerdown()。 uc/OS-2開(kāi)始運行后，Task1()至TaskN()模擬N個(gè)實(shí)際任務(wù)的運行，Task_Powerdown()則負責在N個(gè)任務(wù)都空閑時(shí)將處理器切換進(jìn)掉電模式。當有外部中斷時(shí)，則在中斷服務(wù)程序中將處理器喚醒。要說(shuō)明的是，Task1()至TaskN()的優(yōu)先級都必須高于Task_Powerdown()的優(yōu)先級,且N+1不應大于系統最大任務(wù)數。主要代碼及注釋如下： 

int main (void)  //主函數，系統執行入口

{ 

OSInit(); //初始化uc/OS-2操作系統

OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0, &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);

//建立第一個(gè)任務(wù),優(yōu)先級最高為0

OSStart(); //開(kāi)始運行uc/OS-2             

return 0;  //其實(shí)永遠不會(huì )返回

 }

void  TaskStart(void *pdata)  //創(chuàng )建N個(gè)用戶(hù)任務(wù)和1個(gè)掉電任務(wù)

{

pdata = pdata；

OSTaskCreate(Task1,(void*)0,&TaskStk1[TASK_STK_SIZE - 1], 1); //創(chuàng )建任務(wù)Task1()

OSTaskCreate(Task2,(void*)0,&TaskStk2[TASK_STK_SIZE - 1], 2);//創(chuàng )建任務(wù)Task2()

         ... ... 

OSTaskCreate(TaskN,(void*)0,&TaskStkN[TASK_STK_SIZE - 1], N);//創(chuàng )建任務(wù)TaskN()

OSTaskCreate(Task_Powerdown,(void*)0, &TaskStk[TASK_STK_SIZE - 1], N+1);

//創(chuàng )建掉電任務(wù)Task_Powerdown()

PCONP = 0x0000;//禁止所有片內外設

... ... //設置外部中斷的相應寄存器

for(;;)

         {

            ... ... 

//任務(wù)代碼，結束后釋放CPU的使用權

          }

void  Task1(void *pdata)  //用戶(hù)任務(wù)1

{

      pdata = pdata;

         for(;;) 

         {

           ... ... //任務(wù)代碼

          }

}
 

 void  Task_Powerdown (void *pdata)   //MCU掉電任務(wù)，等待外部中斷喚醒
 

{
 

     pdata = pdata;
 

        for(;;)
 

        {
 

PCON = 2; //使MCU進(jìn)入掉電模式
 

... ...  //外部中斷喚醒后,CPU交給用戶(hù)任務(wù)

         }
 

}

void __irq IRQ_EINT1(void)  //外部中斷的中斷處理程序
 

{
 

while((EXTINT & 0x02)!=0)  //清除中斷標志
 

{
 

            EXTINT = 0x02;
 

}
 

       VICVectAddr = 0x00; //中斷處理結束
 

}  
 

流程圖見(jiàn)圖1

圖1    掉電模式流程圖

結語(yǔ)

　　本文介紹了在lpc2214微控制器上運行uc/OS-2操作系統實(shí)現掉電的方法，簡(jiǎn)單明了。從中不難看出，這種方法有普遍意義，可以廣泛地應用于各種嵌入式系統設計中。

參考文獻：

1. 邵貝貝譯，‘嵌入式實(shí)時(shí)操作系統uc/OS-2’(第2版)，北京航空航天大學(xué)出版社，2004.5.

2. 周立功等，‘ARM嵌入式系統實(shí)驗教程’，北京航空航天大學(xué)出版社，2004.12.

3.  lpc2212/lpc2214 Product Data, Philips Inc.，2004.