基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式Modbus通信系统设计与实现

摘要

嵌入式软件是嵌入式产品的核心，作为嵌入式软件的基础，嵌入式实时操作系统在产业发展过程中扮演了越来越重要的角色，在各种嵌入式产品中的应用也越来越普及，对嵌入式实时操作系统的研究具有十分重要的意义。μC/OS-Ⅱ系统是一个实用、健壮的实时嵌入式实时操作系统，是专门为嵌入式应用写的实时内核，可移植，可固化，可剪裁，并且其功能正在不断地增强，目前正处于蓬勃发展阶段，并已在各行各业中得到了广泛应用。 本文首先剖析了嵌入式实时操作系统的基本概念，比较了嵌入式实时操作系统与普通操作系统在任务调度策略、内存管理、中断处理、共享资源的互斥访问、系统的可重入性等方面的区别，并介绍了几种国内外常见的嵌入式实时操作系统。 然后详细介绍了源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的内核结构，分析了时间管理模块、任务管理模块、信号量模块、邮箱模块、消息队列模块的结构和函数调用关系。并讨论了μC/OS-Ⅱ在8051MCU移植的可行性，给出了移植方法。选用KeilC51编译器，在大模式下，采用硬件堆栈和任务堆栈独立并存方法进行了具体的移植工作。设计了任务堆栈和硬件堆栈的数据结构，详尽的描述了移植的工作及实现的过程。移植工作完成后先用其自带的调试器进行软件仿真，软件仿真通过后，再进行了硬件仿真，结果表明该移植方法确实可行。 最后在移植了μC/OS-Ⅱ的8051MCU上实现了Modbus通信卡的设计和上位机软件设计。按照EPS的接口要求，给出了Modbus通信系统的总体设计方案，并详细地分析了通信卡的MCU子系统、数据采集子系统、串口通信子系统等模块的软、硬件设计方案。对PC机程序和Modbus通信卡的进行调试以及对Modbus通信系统在工作现场的进行了测试。现场测试表明，Modbus通信系统的开发基本成功。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2嵌入式实时操作系统

1.2.1嵌入式实时操作系统的特点

1.2.2嵌入式实时操作系统的发展现状

1.2.3嵌入式实时操作系统的应用前景

1.2.4基于μC/OS-Ⅱ的Modbus通信卡的研究意义

1.3本文的主要研究工作

第2章嵌入式实时操作系统研究

2.1引言

2.2嵌入式实时操作系统的基本概念

2.3嵌入式实时操作系统与普通操作系统的区别

2.3.1任务调度策略的差异

2.3.2内存管理的差异

2.3.3中断处理的差异

2.3.4共享资源的互斥访问的差异

2.3.5系统调用以及系统内部操作的时间开销差异

2.3.6系统的可重入性的差异

2.4几种嵌入式实时操作系统的介绍

2.5使用嵌入式实时操作系统的优缺点

2.6本章小结

第3章嵌入式操作系统μC/0S-Ⅱ及其在8051上的移植

3.1引言

3.2 μC/OS-Ⅱ操作系统

3.2.1 μC/OS-Ⅱ总体结构及各模块作用

3.2.2 μC/OS-Ⅱ函数调用关系

3.2.3任务的状态及任务调度

3.3 μC/OS-Ⅱ在8051单片机上的移植

3.3.1移植工作需要的条件

3.3.2移植工作的内容

3.3.3移植工作中出现的问题及解决方法

3.4本章小结

第4章嵌入式Modbus通信系统总体设计方案及其实现

4.1 Modbus通信系统设计要求

4.1.1 Modbus通信系统接口信号要求

4.1.2 Modbus通信系统的功能要求

4.2 Modbus通信系统总体设计方案

4.2.1 Modbus通信卡硬件设计方案

4.2.2 Modbus通信卡软件设计方案

4.2.3 PC机基于WINDOWS平台的软件设计

4.3 Modbus通信卡的硬件设计及实现

4.3.1 MCU子系统

4.3.2数据采集子系统

4.3.3串口通信子系统

4.4 Modbus通信卡的软件设计及实现

4.4.1 Modbus通信协议简介

4.4.2 Modbus通信卡的任务

4.5 Modbus通信系统上位机软件设计及实现

4.5.1自定义的串口类Cserialport

4.5.2数据库设计

4.6 Modbus通信系统调试及测试

4.6.1 PC机程序调试

4.6.2 Modbus通信卡的调试

4.6.3 Modbus通信系统的现场测试

4.7本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B攻读学位期间所参与的科研项目

附录CModbus通信卡

附录D部分程序代码