3　系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

　　3.1　μC/OS2Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)

　　當(dāng)需要進行多任務(wù)處理和調(diào)度時，一個嵌入式實時操作系統(tǒng)就必不可少。為此系統(tǒng)中采用源碼公開的μC/OS2Ⅱ操作系統(tǒng)，它具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良以及可擴展性強等特點，最小內(nèi)核可編譯至2K字節(jié)。

　　μC/OS2Ⅱ的移植需要滿足以下要求：

　　·處理器的C編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼；

　　·可以使用C調(diào)用進入和退出臨界區(qū)代碼；

　　·處理器必須支持硬件中斷，并且需要一個定時中斷源；

　　·處理器需要能夠容納一定數(shù)據(jù)的硬件堆棧；

　　·處理器需要有能夠在CPU寄存器與內(nèi)核和堆棧交換數(shù)據(jù)的指令。

　　本系統(tǒng)使用的LPC2134ARM7處理器滿足以上所有條件，因此可以對其進行移植。根據(jù)μC/OS2Ⅱ的要求，移植μC/OS2Ⅱ到一個LPC2134ARM7體系結(jié)構(gòu)上需要提供2個或3個文件：OSCPU.

　　H（C語言頭文件）、OS-CPU-C.C（C程序源文件）及OS-CPU-A.ASM（匯編程序源文件）。

　　數(shù)據(jù)采集任務(wù)中，采用C語言進行編程，但對于系統(tǒng)的初始化，仍然采用匯編來制作啟動代碼，它可以實現(xiàn)向量表定義、堆棧初始化、系統(tǒng)變量的初始化、中斷系統(tǒng)初始化、I/O初始化、外圍初始化、地址映射等操作。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　芯片復(fù)位后，系統(tǒng)初始化流程如圖2所示。

　　圖2　系統(tǒng)初始化流程圖

　　3.2　接口程序及SD卡驅(qū)動的實現(xiàn)

　　在實時內(nèi)核下，接口程序讀取A/D采樣數(shù)據(jù)的方法通常有三種：程序延時法、ADC轉(zhuǎn)換完畢時產(chǎn)生中斷法和程序循環(huán)等待的方法。其中循環(huán)等待的方法CPU開銷小，不需要中斷服務(wù)，比較適合嵌入式系統(tǒng)中采用。

　　循環(huán)等待A/D讀取數(shù)據(jù)的偽代碼如下：

　　之間通過串口相連，采集數(shù)據(jù)先通過開發(fā)板串口UART0發(fā)送到無線數(shù)據(jù)終端AYG285C的緩沖區(qū)，然后緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)打成一個個數(shù)據(jù)包，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)處理中心。因此，在μC/OS2Ⅱ下LPC2134的UART底層接口驅(qū)動顯得尤為重要。

　　UART0初始化函數(shù)片斷如下：#p#分頁標(biāo)題#e#

　　在本系統(tǒng)中，串口通信采用8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，奇校驗，無流控制。在實際使用中為接收數(shù)據(jù)穩(wěn)定波特率設(shè)置為9600bps效果較好。在測試系統(tǒng)中，測量到的數(shù)據(jù)范圍為10-6～101，有效數(shù)字為4位，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時采用每幀數(shù)據(jù)由3個字節(jié)組成，第1個字節(jié)為數(shù)據(jù)指數(shù)部分，高四位為0，低四位中的第四位表示指數(shù)符號，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)；其余三位表示指數(shù)的數(shù)值部分。

　　后續(xù)兩個字節(jié)為數(shù)據(jù)底數(shù)部分，采用壓縮的BCD碼編碼方式，高位在前，低位在后，即一個字節(jié)表示兩位十進制數(shù)，則兩個字節(jié)表示四位十進制數(shù)。

　　LPC2134的UART0使用中斷方式進行通信，這樣不會占用CPU很多時間，效率比較高。當(dāng)中斷服務(wù)處理子程序接收到一次中斷，它僅能知道UART0產(chǎn)生了中斷，還需要查詢中斷標(biāo)志寄存器U0IIR，依據(jù)不同中斷源類型進行不同處理。在處理完當(dāng)前的中斷源類型之后，不能立即退出服務(wù)，而應(yīng)當(dāng)繼續(xù)判斷U0IIR寄存器最低位是否為0。

　　如果為0，則表示還有尚未處理的中斷，應(yīng)該繼續(xù)根據(jù)U0IIR［3∶0］判斷中斷源類型，進行處理，直到U0IIR的最低位為1，最后發(fā)送中斷結(jié)束命令結(jié)束中斷服務(wù)處理程序。

　　SD卡讀寫軟件移植到ARM7微處理器LPC2134上的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。其中硬件抽象層是讀寫SD卡的硬件條件配置，是與硬件相關(guān)的函數(shù)；命令層包含SD卡的相關(guān)命令以及卡與主機之間數(shù)據(jù)流的控制，這一層與實時操作系統(tǒng)μC/OS2Ⅱ相關(guān)，與硬件無關(guān)；應(yīng)用層是向應(yīng)用程序提供卡的API函數(shù)，這一層由實時操作系統(tǒng)μC/OS2Ⅱ控制。

　　圖3　SD卡讀寫軟件移植結(jié)構(gòu)圖#p#分頁標(biāo)題#e#

        3.3　應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)

　　系統(tǒng)初始化完成后，創(chuàng)建各個任務(wù)，進入多任務(wù)調(diào)度處理。應(yīng)用程序框架流程如圖4所示。

　　本系統(tǒng)的主要任務(wù)是完成數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)在得到遠程數(shù)據(jù)中心的采集命令后，選擇適當(dāng)?shù)牟杉ǖ?，并設(shè)置A/D模塊參數(shù)。在采集過程中判斷是否要停止，如果停止，任務(wù)處于等待掛起狀態(tài)。

　　圖4　應(yīng)用程序框架流程圖

　　4　結(jié)語

 　　本系統(tǒng)采用了ARM+RTOS以及ARM+GPRS的方案，選取適當(dāng)?shù)钠骷?gòu)成了多路的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有一定的實用價值?？紤]到現(xiàn)場采集到的多是小信號，為了有較好的準(zhǔn)確度和精確度，對A/D后的采集數(shù)據(jù)還要進行分析和調(diào)整，然后再發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心。為此，可以進行反復(fù)實驗，獲得多組數(shù)據(jù)，最后通過最小二乘法曲線擬合來提高準(zhǔn)確度。另外，隨外界環(huán)境的變化，也可以修改擬合曲線以適應(yīng)具體的應(yīng)用。隨著3G時代的來臨，大量數(shù)據(jù)信息的傳輸成為可能，可以考慮采集現(xiàn)場的相關(guān)視頻信號。在短消息功能，數(shù)據(jù)加密技術(shù)以及軟件操作和文件管理上還有待進一步開發(fā)和優(yōu)化。