基于ARM微控制器的嵌入式实时操作系统的研究与应用

摘要

由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，目前巳经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。嵌入式系统已成为现代电子设计的一大领域和方向。而嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂，成为操作系统研究的一个重要分支。 本文将嵌入式操作系统与模块化硬件设计相结合，共同构成一个可以重复利用的软硬件平台。首先阐述了嵌入式操作系统的发展历史、当今市场和未来趋势；然后分析了具有实时性、源码公开的嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ；了解了其特点及内核结构，以及研究嵌入式实时操作系统的必要性和优缺点；并提出了uC/OS-Ⅱ任务优先级翻转问题的一种解决方法；同时了解了ARM7微控制器的内部结构和编程特点；详细讲叙了uC/OS-Ⅱ实时操作系统在基于LPC2194的嵌入式控制器硬件平台上的移植要求、移植过程及移植测试。 本论文的后半部分先是具体介绍以微控制器LPC2194为核心的电能表的硬件电路的设计；主要包括电能计量专用芯片外围电路、键盘显示电路、复位电路、CAN通信电路和USB接口电路。在uC/OS-Ⅱ操作系统下对电能表进行软件设计；主要包括：系统关键代码的设计、初始化软件设计、数据采集模块、LED显示模块、CAN通信模块及USB通信模块的设计，并对系统实时性进行测试。 本文是将高性能、低功耗的32位RISC结构的ARM微控制器和开放源码的嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ的研究与实践相结合，构建了以微控制器LPC2194为核心的电能表的硬件系统，并在uC/OS-Ⅱ操作系统下进行软件设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1嵌入式系统简介

1.2嵌入式系统的发展与现状

1.3论文的内容及工作安排

第二章一个实用的实时操作系统uC/OS-Ⅱ

2.1uC/OS-Ⅱ的概述

2.2uC/OS-Ⅱ的特点

2.3uC/OS-Ⅱ内核结构

2.3.1uC/OS-Ⅱ的核心区保护机制

2.3.2任务

2.3.3任务的状态

2.3.4任务控制块(OS_TCB)

2.3.5内存管理

2.4使用实时操作系统的必要性

2.5实时操作系统的优缺点

2.6 uC/OS-Ⅱ优先级翻转问题

2.7uC/OS-Ⅱ中优先级翻转问题的解决

第三章uC/OS-Ⅱ在LPC2194上的移植

3.1引言

3.2uC/OS-Ⅱ文件组织结构

3.3uC/OS-Ⅱ移植要求

3.4移植的实现

3.5uC/OS-Ⅱ在LPC2194上的移植

3.5.1移植开发环境ADS1.2简介

3.5.2uC/OS-Ⅱ在LPC2194上中断处理程序的编写

3.6移植uC/OS-Ⅱ的测试

3.7小结

第四章电能表的硬件设计

4.1电能表的总体方案设计

4.2电能表的硬件电路设计

4.2.2微控制器LPC2194

4.2.3电能计量专用芯片外围电路

4.2.4键盘与LED数码管显示电路

4.2.5复位电路

4.2.6CAN接口电路

4.2.7USB控制芯片接口电路

第五章基于uC/OS-Ⅱ平台下电能表的软件设计

5.1uC/OS-Ⅱ初始化

5.2系统关键代码的设计

5.2.1系统启动代码的实现

5.2.2中断处理程序的编写

5.3初始化软件设计

5.3.1系统初始化

5.3.2堆栈初始化

5.4数据采集模块

5.5LED数码管显示模块

5.6CAN通信模块设计

5.7 USB控制芯片通信模块设计

5.7.1USB中断服务程序

5.7.2USB数据处理

5.7.3USB软件测试

5.8实时性能测试分析

5.8.1测试方案设计

5.8.2内核函数时间参数测试

5.8.3中断时间参数测试

5.9 小结

第六章总结

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢