基于MDK RTX的Cortex-M3多任務(wù)應用設計

作者：時(shí)間：2016-12-02 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 MDK RL—RTX和COrtex—M3概述

MDK開(kāi)發(fā)套件源自德國Keil公司，是ARM公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開(kāi)發(fā)工具。MDKRL—IUX是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)內核，完全集成在MDK編譯器中。廣泛應用于A(yíng)RM7、ARM9和Cortex-M3設備中。它可以靈活解決多任務(wù)調度、維護和時(shí)序安排等問(wèn)題?；赗L—I訂X的程序由標準的C語(yǔ)言編寫(xiě)，由Real—View編譯器進(jìn)行編譯。操作系統依附于C語(yǔ)言使聲明函數更容易，不需要復雜的堆棧和變量結構配置，大大簡(jiǎn)化了復雜的軟件設計，縮短了項目開(kāi)發(fā)周期。

Cortex—M3是一個(gè)32位的核。它是首個(gè)基于A(yíng)RMv7M架構，主要針對價(jià)格敏感但又具備高系統效能需求的嵌入式應用設計，如微控制器、汽車(chē)車(chē)體系統及網(wǎng)絡(luò )裝置等。它內核緊湊，性能更高，采用了Thumb一2指令集架構，中斷時(shí)間更短，標準化內存映射，帶有內置SysTick的集成式NVIC。 SysTick能定期地產(chǎn)生異常請求，作為系統的時(shí)基，計時(shí)更準確。

MDK RL—RTX和Cortex—M3都源自ARM公司。ARM公司將其無(wú)縫整合在MDK開(kāi)發(fā)套件中，因此將RL—RTX移植到Cortex—M3上非常適合。RL—RTX作為一個(gè)全功能的內核，可以結合實(shí)時(shí)軟件庫中的其他組件。例如，加入實(shí)時(shí)庫中RL—Flasht文件系統組件，就可以讀寫(xiě)標準SD卡和 MMC卡上面的文件；加入RL—TCPnet組件，可應用于HTTP Web，ServeI’、TFTP Server和SMTP Client等?？蓴U展性強，應用廣泛。

2 基于COrtex—M3硬件平臺的構建

STM32F103VB是ST公司基于Cortex—M3的處理器。它有1個(gè)128 KB Flash，1個(gè)20 KB SRAM，4個(gè)16位定時(shí)器，100個(gè)可編程的I／0引腳，具有I2C、SPI、USB、15SART和CAN接口，2路10通道12位A／D轉換器，RTC功能模塊，WDT功能和高級電源管理功能。

系統的數據緩存RAM和程序存儲器Flash為芯片自帶，系統外接A／D轉換器構成控制器?；贑ortex-M3核的最小系統框圖如圖1所示。

基于該平臺，設計一個(gè)超溫報警器。使用美國半導體Dalias公司的智能溫度傳感器DS18820采樣，LCD顯示溫度數值，如果短時(shí)間內溫度超出正常溫度，蜂鳴器發(fā)出100 dB警報且LED燈閃爍示警?？梢赃M(jìn)一步在該平臺上進(jìn)行擴展，加入GPS和GPRS模塊，當溫度超出設定范圍時(shí)，GPS將現場(chǎng)經(jīng)緯度以及時(shí)間通過(guò)GPRS 以短信方式發(fā)送給監控中心，GPRS模塊自動(dòng)撥打有關(guān)人員移動(dòng)電話(huà)或固定電話(huà)報警。

3 MDK RL—RTX的配置與移植

RL—RTX在任務(wù)管理方面不僅支持搶先式任務(wù)切換，而且支持時(shí)間片輪轉切換。在基于時(shí)間片的輪轉任務(wù)機制下，CPIJ的執行時(shí)間被劃分為若干時(shí)間片，由 RL—RTX分配一個(gè)時(shí)間片給每個(gè)任務(wù)，在該時(shí)間片內只執行這個(gè)任務(wù)。當時(shí)間片到，在下一個(gè)時(shí)間片中無(wú)條件地執行另外一個(gè)任務(wù)。所有任務(wù)都輪詢(xún)一次后，再回頭執行第一個(gè)任務(wù)。

RL—RTX最多可以定義256個(gè)任務(wù)，所有任務(wù)都可以同時(shí)激活成為就緒態(tài)。RL—RTX用戶(hù)任務(wù)具有表1所列的幾個(gè)狀態(tài)。

一般情況下，任務(wù)切換由時(shí)間片控制，但有時(shí)需要用事件控制任務(wù)切換。RL—RTX事件主要有超時(shí)(Timeout)、間隔(Interval)和信號 (Signal)三種。

Timeout：掛起運行任務(wù)指定數量的時(shí)鐘周期，調用OS_DLY_WAIT函數的任務(wù)將被掛起，直到延時(shí)結束才返回到Ready狀態(tài)，并可被再次執行。延時(shí)時(shí)間由SysTick衡量，可以設置從1至OxFFFE的任何值。

Interval：時(shí)間間隔，任務(wù)在該時(shí)間間隔中不運行，該時(shí)問(wèn)間隔與任務(wù)執行時(shí)間獨立。

Signal：用于任務(wù)間通信，可以用系統函數進(jìn)行置位或復位。如果一個(gè)任務(wù)調用了wait函數等待Signal未置位，則該任務(wù)被掛起直到Signal 置位，才返回READY狀態(tài)，可再被執行。

RL—RTX中主要的系統函數說(shuō)明如表2所列。

RL—RTX為每個(gè)任務(wù)都分配了一個(gè)單獨的堆棧區，各個(gè)任務(wù)所用堆棧位置是動(dòng)態(tài)的，用task_id記錄各堆棧棧底位置。有多個(gè)嵌套子程序調用或使用大量的動(dòng)態(tài)變量時(shí)，自由空間會(huì )被用完。使能棧檢查(Stack Checking)，系統會(huì )執行OS_STK_0VERFLOW()堆棧錯誤函數進(jìn)行堆棧出錯處理。RL—RTX堆棧管理如圖2所示。

RL—RTX選擇Cortex上定時(shí)器1產(chǎn)生周期性中斷，相鄰中斷之間的時(shí)間就是時(shí)間片的長(cháng)度。在其中斷服務(wù)程序中進(jìn)行任務(wù)調度，并判斷執行了延遲函數的任務(wù)的延時(shí)時(shí)間是否到。這種周期性的中斷形成了RL—RTX的時(shí)鐘節拍。采用Cortex—M3的處理器STM32F103VB的CPU時(shí)鐘頻率為72 MHz，VPBDIV分頻值為4，輸出的時(shí)鐘頻率為18 MHz。系統推薦的時(shí)間片為1～lOO ms。

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