基于Cortex―M3的自動(dòng)氣象站設計

平均算法：測量一分鐘，每分鐘取樣6次，去掉一個(gè)最大值和最小值，剩下4個(gè)值取算術(shù)平均。
滑動(dòng)平均算法：當采集速率每秒一次(t=1)，平均期間T=3s，連續測量120s，代入下面公式計算：

式中：n個(gè)樣本值的平均值，：n-1個(gè)樣本值的平均值，Yn：第n個(gè)樣本值，t：采樣時(shí)間，T：平均期間(s)。

3 軟件設計
3．1 基于Cortex—M3的μc／os—II移植
μc／os—II是一種典型的具有可剝奪型內核的基于任務(wù)優(yōu)先級調度的實(shí)時(shí)操作系統，可同時(shí)管理多達64個(gè)任務(wù)，由于Cortex—M3不支持32位的ARM指令集，而只支持Thumb-2指令集，這種不向后兼容的方式使Cortex—M3之前平臺使用的ARM匯編語(yǔ)言程序都不能直接移植到Cort ex—M3上，筆者從μc／os—II和Cortex—M3的內核結構研究著(zhù)手，對μc／os—II內核中INCLUDES．H、OS_CFG．H、OS_CPU．H、OS_CPU_ C．C、OS_CPU_A．ASM五個(gè)與應用程序和處理器相關(guān)的文件進(jìn)行修改，在INCLUDES．H中增加了與STM32處理器相關(guān)的外設寄存器定義和內存映射的頭文件，在OS_CFG．H中完成對μc／os—II內核構造部分的配置工作，在OS_CPU．H中完成與編譯器相關(guān)數據類(lèi)型的定義、任務(wù)堆棧數據類(lèi)型的定義，以及任務(wù)堆棧方向的設定工作，在OS_CPU_C．C中根據Cortex—M3內核結構完成系統任務(wù)堆棧結構設計，由于在C環(huán)境下無(wú)法對Cortex—M3的寄存器進(jìn)行操作，所以需要在OS_CPU_A．ASM匯編環(huán)境中完成對臨界區函數、上下任務(wù)切換函數以及中斷服務(wù)子程序中的任務(wù)切換函數的設計工作，在完成以上修改后還需在c環(huán)境下增加系統時(shí)鐘配置和中斷函數為μc／os—II提供一個(gè)周期性信號源，在STM32中系統時(shí)鐘是由SysTick定時(shí)器來(lái)提供的。
3．2 μc／os—II任務(wù)設計
在μc／os—II架構下整體設計中需要建立7個(gè)任務(wù)，如圖2所示，由于統計任務(wù)主要作用是計算當前CPU的利用率，需要消耗相當的STM32內部資源，所以為節約系統資源在這里需要把系統配置OS_TASK_STAT_EN設置為0，禁止使用統計任務(wù)，空閑任務(wù)是必須的，在沒(méi)有其它任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)投入運行，當系統開(kāi)始運行前自動(dòng)建立，優(yōu)先級自動(dòng)配置為最低。由于系統要求在開(kāi)始多任務(wù)調度前必須新建一個(gè)任務(wù)，所以我們建立了一個(gè)開(kāi)始任務(wù)，開(kāi)始仟務(wù)作用就是新建另外5個(gè)任務(wù)，包括：溫濕度采集任務(wù)、氣壓數據采集任務(wù)、風(fēng)速采集任務(wù)、數據存儲任務(wù)、數據發(fā)送任務(wù)，完成這5個(gè)任務(wù)建立后開(kāi)始任務(wù)就會(huì )自己掛起。完成對任務(wù)設計后還需要對任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行設置，空閑任務(wù)優(yōu)先級設置為最低，風(fēng)速采集任務(wù)頻率最高為1s／次，所以?xún)?yōu)先級應設置為最高，溫濕度和氣壓采集任務(wù)頻率相同為10s／次，設置優(yōu)先級應低于風(fēng)速采集任務(wù)，數據存儲和發(fā)送任務(wù)應該都在前面幾個(gè)數據采集任務(wù)完成后，所以設置優(yōu)先級應該更低一些，開(kāi)始任務(wù)由于在新建任務(wù)后被掛起并不參與任務(wù)調度，所以?xún)?yōu)先級可以設置為次于空閑任務(wù)的最低級。

3．3 系統整體調試
在主函數中需要進(jìn)行初始化工作，主要完成STM32時(shí)鐘系統和μc／os—II時(shí)鐘系統配置，初始化操作系統后新建開(kāi)始任務(wù)TaskStart后操作系統開(kāi)始運行，在系統剛開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)調度時(shí)由于只有空閑任務(wù)和開(kāi)始任務(wù)參與任務(wù)調度，開(kāi)始任務(wù)優(yōu)先級最高所以執行開(kāi)始任務(wù)，在開(kāi)始任務(wù)中又新建氣壓測量任務(wù)(TaskPre)、溫濕度測量任務(wù)(TaskTem)、風(fēng)速測量任務(wù)(TaskV)、數據存儲任務(wù)(TaskFlash)、數據發(fā)送任務(wù)(TaskSim)，完成任務(wù)新建后開(kāi)始任務(wù)被掛起進(jìn)入休眠狀態(tài)，不再參與任務(wù)調度，根據事先設計好的優(yōu)先級系統總是執行優(yōu)先級最高的任務(wù)，風(fēng)速測量任務(wù)優(yōu)先級最高，掛起時(shí)間一到總能得到處理器的使用權，當測量完畢后任務(wù)自動(dòng)掛起不參與任務(wù)調度，類(lèi)似的情況，溫濕度測量、氣壓測量完成各自測量數據并完成數據處理器后也自動(dòng)掛起，并把標志為置1表示測量工作完成，數據存儲任務(wù)和數據發(fā)送任務(wù)根據判斷標志位決定是否進(jìn)行數據存儲和數據發(fā)送工作，其主函數和開(kāi)始任務(wù)主要代碼如下：