嵌入式系统应用研(精)

当上位机通信任务执行完后，会发送消息 邮箱给SD卡通信任务，然后SD卡通信任务 将相应的数据下载到SD卡中，或删除SD卡 中的内容。 液晶显示任务与SD卡通信任务互发消息邮 箱，液晶显示任务发送消息邮箱，向SD卡 通信任务声明要传递的数据，接到消息邮 箱后，SD卡通信任务执行相应命令，完成 后发送消息邮箱给液晶显示任务，声明数 据已经准备好，液晶显示任务从消息邮箱 中接收信息，然后显示。


μC/OS-II是由Jean brosse于1992 年编写的一个嵌入式多任务实时操作系统。 并在2000年得到了美国联邦航空管理局对 用于商用飞机的、符合RTCA DO-178B标 准的认证，从而证明μC/OS-II具有足够的 稳定性和安全性。 μC/OS-II是基于优先级的可剥夺型内核， 系统中的所有任务都有一个唯一的优先级， 它适合应用在实时性要求较强的场合。
μC/OS-II具有以下特点：





多任务 可管理64个任务 确定性 μC/OS-II的函数调用和服务的执行时 间具有确定性 任务栈 每个任务都有自己单独的栈 系统服务 例如信号量、互斥信号量、时间标志、 消息邮箱、消息队列、块大小固定的内存申请与 释放以及时间管理函数等 中断管理 中断嵌套层数可达255层 稳定性和可靠性
系统软件框图
开 始
串口中 断服务 程序
系统初试化，创建4个任 务
SD卡通信 任务，优 先级11
上位机通 信任务， 优先级5
键盘接口 任务，优 先级8
液晶显示 任务，优 先级15
系统软件流程

首先，系统初始化，创建四个任务，分别赋 予优先级别，然后四个任务按照μC/OS-II 操作系统的基于优先级别的占先式任务调度 方法运行各自代码。由于最高优先级任务上 位机通信任务需要串口中断服务程序发送信 号量，实际上，当没有信号量，也就是没有 数据下载时，系统实际最高优先级任务是键 盘接口任务，通过扫描键盘，得到命令，执 行相应的命令后，向液晶显示任务发送邮箱， 显示相应的内容。
μC/OS-II的移植



尽管大部分μC/OS-II的代码是用C语言编写的， 但是在编写与处理器硬件相关的代码时还是不得 不使用汇编语言。移植的主要工作就是编写这些 与处理器硬件相关的代码。 移植μC/OS-II到一个新的体系结构需要提供3个 文件： OS_CPU.H (C语言头文件) OS_CPU_C.C (C语言源文件) OS_CPU_A.A迫性，首 先确定上位机通信任务的优先级最高，因 为上位机随时都有可能下载数据到ARM单 片机，为了确保下载的数据得到及时的接 收，需要把上位机通信任务设为最高优先 级，当接收到串口中断服务程序的信号量 时，立即执行该任务。因此设置上位机通 信任务的优先级为5。



由于系统需要快速响应用户对系统的请求， 用户的命令需要得到及时的执行，把键盘 任务的优先级设为第二高优先级，设置优 先级为8。 由于从上位机中传输来的数据需要及时的 保存到SD卡中，因此设置SD卡通信任务的 优先级为第三高优先级，设置优先级为11。 最后，设置液晶显示任务的优先级最低。
液晶显示器
上位机接口
LPC2103单 片机最小系统
SD卡接口
键
盘
上位机接口



上位机接口的功能是实现LPC2103单片机与上位 机之间的通讯 。 由于电脑串行口所使用的是 RS232C 的电平标 准，它采用的是负逻辑，它的逻辑“1”电平是 −3V－−12V， 而逻辑“0”电平是+3V－+12V。 这与 LPC2103 单片机的电平范围（逻辑“1”电 平是 3.3V，逻辑“0”电平是 0V）不符，所以连 接时需要用到电平转换电路。 我们采用串口电平转换芯片SP232E 实现电平转 换。
谢谢各位评审老师！
谢谢！


上位机中的操作界面采用界面良好、编程 简单的LabVIEW实现，通过该界面向单片 机中下载上传数据。 LabVIEW采用图形化编程语言，提供了大 量有用的函数，例如串口程序、TXT文本文 档传输程序等等。只需要调用相应的功能 控件，然后修改参数即可。例如串口程序 只需要把COM口、波特率、停止位以及奇 偶校验等参数填写正确即可运行。
LPC2103单片机最小系统



LPC2103单片机最小系统主要包括LPC2103单片机 以及它外围的晶振电路、电源电路和复位电路等， 使得LPC2103单片机能够顺利地运行程序。 LPC2103单片机内部含有实时时钟模块，因此 LPC2103单片机的时钟模块分为系统时钟和实时时 钟两部分，系统时钟晶振的频率为 11.0592MHz， 实时时钟的晶振频率为 32.768KHz。 LPC2103 单片机采用双电源供电，1.8V内核电压 和 3.3V功能外设电压 。
嵌入式系统应用研究
学生姓名：曹全
专业班级：测控052班
2009.6
立题依据



嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术 和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的 产物 。 随着信息技术和网络技术的高速发展，嵌入式系 统无处不在，从家庭的洗衣机、电冰箱到办公室 的远程会议系统都是使用嵌入式技术进行开发和 改造的产品。 本设计就是一个简单的嵌入式系统，采用实时操 作系统μC/OS-II实现了一个简易电子读书器。
系统软件设计


由于采用μC/OS-II作为操作系统，系统中 各个需要实现的模块需要编写相应的任务 函数。 根据系统的功能，把系统划分为如下几个 任务：上位机通信任务，键盘接口任务， 液晶显示任务以及SD卡通信任务，还有一 个串口中断服务程序，用来给上位机通信 任务发送信号量，提示有数据下载。
优先级分配
嵌入式实时操作系统


由于技术的进步和发展，单片系统硬件的 规模越来越大，功能越来越强，也越来越 复杂，从而需要嵌入式操作系统提供了软 件支持和封装。 常见的嵌入式实时操作系统有μC/OS-II、 Windows CE、RTLinux、Vxworks、 ECOS 、Nucleus以及QNX等等。
μC/OS-II介绍
SD卡SD通信模式
SD卡SPI通信模式
人机接口


由于键盘电路不需要太多的键，因此采用 按键的形式，一共使用四个，分别实现进 入、上翻、下翻、退出的功能，实现SD卡 中的数据读取和显示。 由于本设计要实现一个简易的电子读书器， 因此液晶显示器要显示比较多的信息，同 时又为了使系统简单易实现，本设计采用 了12864液晶显示器。
总体设计思想


采用功能强大的LPC2000系列微控制器单片机 LPC2103为控制核心，采用μC/OS-II作为操作 系统，使用操作系统的编程方法实现对SD卡的控 制，接收上位机下传的数据，存入SD卡中，并能 将内容显示在系统的液晶上。液晶采用带汉字字 库的12864液晶模块，通过键盘可以查询SD卡中 的内容并显示。上位机中的操作界面采用界面良 好、编程简单的LabVIEW实现，通过该界面向单 片机中下载上传数据。 系统框图如下图所示：
SD卡接口


SD卡是一种大容量、性价比高、体积小、访问接 口简单的存储卡。SD卡大量应用于数码相机、 MP3 机、手机、大容量存储设备，作为这些便携 式设备的存储载体，它还具有低功耗、非易失性、 保存数据无需消耗能量等特点。 SD卡有两种通信模式，考虑到LPC2103单片机 有 SPI 接口而没有 SD 总线接口，而且如果采用 I/O 口模拟 SD 总线，不但增加了软件的开销， 而且对LPC2103单片机而言，模拟总线远不如真 正的 SD 总线速度快，这将大大降低总线数据传 输的速度。因此我们采用SPI通信模式实现 LPC2103单片机与SD卡的通信。