基于μCOS-II的VG2以太網(wǎng)和USB接口設計

　　系統的軟件部分通過(guò)在VG2中嵌入實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS一Ⅱ來(lái)實(shí)現。在μC／OS一Ⅱ平臺上分別對各個(gè)接口進(jìn)行多任務(wù)的控制。

3．1 μC／OS-Ⅱ移植

　　μC／OS一Ⅱ是一個(gè)完整、可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內核。如果只保留其最核心的代碼，則可壓縮到3 KB。將μC／OS-Ⅱ移植到VG2微處理器上需改寫(xiě)與硬件相關(guān)的匯編語(yǔ)言。具體改寫(xiě)內容如下所示：

　　(1)改寫(xiě)OS_CPU．H中部分函數

　　#define OS_TASK_SW() asm("swi 7")，通過(guò)軟件中斷指令來(lái)實(shí)現操作系統的任務(wù)切換函數：#defi-neOS_ENTER_CRITICAL()asm("clrl3")，#define OS_EXIT_CRITICAL asm("set 13")，通過(guò)對SR狀態(tài)寄存器的中斷控制位設置實(shí)現使能或禁止操作系統響應中斷請求；#define OS_STK_GROWTH 1，定義VG2的堆棧由高到低。

　　(2)改寫(xiě)OS_CPU_C．C中部分函數

　　OSTaskStkInit()為任務(wù)棧結構的初始化函數。VG2響應中斷請求信號后，將當前寄存器值按先入后出的順序壓入堆棧。

　　OSTaskStkInit()按照壓入堆棧順序對各任務(wù)棧初始化。

　　OSStartHighRdy()函數跳轉到所有處于就緒狀態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)開(kāi)始運行。操作系統首先得到最高優(yōu)先級任務(wù)棧的指針，然后從任務(wù)棧中彈出所有寄存器值，實(shí)現跳轉。

　　OSCtxSw()是任務(wù)級的任務(wù)切換函數。swi 7(軟件中斷)的中斷向量指向該函數。當需要任務(wù)切換時(shí)，首先該函數將當前任務(wù)寄存器值壓入堆棧。然后將當前任務(wù)任務(wù)棧指針保存到任務(wù)控制塊中。最后判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)，并彈出其任務(wù)棧內容，開(kāi)始運行。

　　OSTickISR()為操作系統提供一個(gè)周期性的時(shí)鐘源。VG2的定時(shí)器0被設定成第20 ms發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘中斷信號，中斷向量指向該函數。首先該函數保存當前任務(wù)狀態(tài)，并將全局變量OSTime遞增1。然后判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)．并彈出其任務(wù)棧內容，開(kāi)始運行。

　　OSIntCtxSw()為系統執行中斷后任務(wù)調度函數。系統在中斷響應后執行該函數判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)，然后彈出其任務(wù)棧內容，開(kāi)始運行。

3．2以太網(wǎng)接口的TCP／IP協(xié)議移植

　　由于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ是一個(gè)操作系統內核，本身沒(méi)有集成TCP／IP協(xié)議棧，所以需要移植合適的TCP／IP協(xié)議棧。LwIP協(xié)議棧是適用于8位、16位、32位微處理器嵌入式系統的一個(gè)小型TCP／IP協(xié)議棧，實(shí)現了ARP、TCP、UDP、IP這些最基本的協(xié)議。LwIP可以看作是為系統提供的函數，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行數據包的發(fā)送與接收。LwIP允許有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口都對應一個(gè)structnetif，而且都包含相應網(wǎng)絡(luò )接口的屬性和收發(fā)函數。其中netif->input()指向IP層的接收函數ip_input()，netif->output()指向ne2k_send_packet()驅動(dòng)程序中的發(fā)送函數。驅動(dòng)程序可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接口的接收、發(fā)送、初始化以及中斷處理。本設計中采用中斷方式來(lái)接收數據，使用VG2的外部中斷INT6，在VG2的中斷向量表中可以按照如下定義：

3．3 USB接口的PTD協(xié)議移植

　　VG2與ISP1161之間以PTD(Philips Transfer Des criptor)數據格式進(jìn)行通信。PTD數據提供了USB通信的相關(guān)信息，如指令、狀態(tài)和USB數據包等。VG2中PTD數據的物理存儲介質(zhì)是微處理器的系統RAM。對于ISP1161，存儲介質(zhì)為內部FIFO緩沖區RAM。ISP1161可使用PTD數據結構定義一塊數據緩沖區，使其與USB終端設備進(jìn)行通信。VG2設立這個(gè)數據緩沖區采存放當前幀(1 ms幀)。每幀傳送的承載數據必須包含一個(gè)PTD作為傳輸頭，以描述傳輸特性。PTD數據一般為DWORD(雙字或4字節)格式。

　　PTD數據頭為8個(gè)字節的數據結構，包含了ISP1161的傳輸類(lèi)型、裝載數據的發(fā)送位置、裝載數據的實(shí)際大小、傳輸速度、傳輸對象等。當傳輸執行完畢后。其內部會(huì )作相應的改變，在PTD數據頭中表征了本次傳輸結果．包括傳輸發(fā)生的錯誤信息等。

3．4部分程序流程

　　本設計采用的操作系統是實(shí)時(shí)操作系統，可以同時(shí)支持以太網(wǎng)通信和USB設備數據存儲，系統能獲得很高的效率和穩定性。

4 結束語(yǔ)

　　本文采用RTL8019AS通過(guò)TCP／IP協(xié)議規范及LwIP,實(shí)現了VG2的TCP／IP協(xié)議棧，通信波特率可達到10Mb/s。同時(shí)采用Philips公司的ISP1161，實(shí)現VG2的USB主／從控制接口擴展，符合USB1．1規范，通信速率可達到1．5Mb／s。該設計用于所研制的數字化家居智能控制器，通過(guò)以太網(wǎng)、USB和其他接口，將家用電器、家庭安防、門(mén)禁、四表自動(dòng)抄表、有線(xiàn)電視網(wǎng)、電話(huà)和寬帶網(wǎng)系統等獨立單元的家居設施跨平臺有機結合，實(shí)現遠／近程操作控制和數據存儲與交換。