一种嵌入式系统设计与应用概要.docx

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一种嵌入式系统设计与应用概要

2009年3月第3期电子测试

ELECTRONICTESTMar.2009No.3

一种嵌入式系统设计与应用

耿兆国1,耿兆会2

（1.重庆邮电大学中韩（重庆嵌入式软件和系统研发中心　重庆　400065;2.江南大学电信学院　无锡　214011

摘　要:

嵌入式操作系统具有面向特定应用的特点,各种应用千差万别,这决定了不太可能出现可普遍适用的嵌入式实时操作系统。

因此,开发、升级具有自主知识产权的嵌入式实时操作系统是很有意义的。

本文首先介绍了嵌入式系统的结构和发展趋势;接着针对C8051F120单片机进行了简单介绍,并在其上实现μC/OSⅡ操作系统的移植,最后对加载了EPA协议栈的操作系统进行了测试,通过测试成功地验证了该系统的稳定性和可靠性。

关键词:

嵌入式系统;C8051F120单片机;μC/OSⅡ操作系统中图分类号:

TP316.2　　文献标识码:

A

Designandimplementationofembedded

GengZhaoguo1,GengZhaohui2

（1.ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,CHINA2KOREA（Chongqing

EmbeddedSoftware&SystemsResearchCenter,Chongqing,400065;2.SouthernYangtzeUniversitySchoolofTelecom,Wuxi214011

Abstract:

Embeddedoperatingsystemwithapplication2specificfeatures,avarietyofdifferentapplications,itappearsunlikelythatadecisioncanbewidelyappliedtoreal2timeembeddedop2eratingsystem,development,upgradingwithindependentintellectualpropertyrightsembed2dedreal2timeoperatingsystemisMeaningful.Thisarticlefirstintroducedtheembeddedsystemstructureandtrends;thenontheC8051F120MCUforabriefintroductionandontherealiza2tionofμC/OSⅡoperatingsystemtransplant,andthefinalrealizationoftheEPAprotocolstacktoloadtheoperatingsystemonThetestandtopassthistesttoverifythesuccessofthesystemstabilityandreliability.

Keywords:

embeddedoperatingsystem;C8051F120MCU;μC/OS2Ⅱ

0　引　　言

随着电子技术的快速发展,特别是大规模集成电路的产生而出现的微型机,使现代科学研究得到

了质的飞跃,而嵌入式微控制器技术的出现则是给现代工业控制领域带来了一次新的技术革命。

由嵌入式微控制器组成的系统,最明显的优势就是可以嵌入到任何微型或小型仪器、设备中。

　　2009.3EmbeddedTechnology

1　嵌入式系统的体系结构

嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统,自底向上包含有3个部分,如图1所示

。

图1　嵌入式系统基本结构

（1硬件环境:

是整个嵌入式操作系统和应用程序

运行的硬件平台,不同的应用通常有不同的硬件环境。

硬件平台的多样性是嵌入式系统的一个主要特点。

（2嵌入式操作系统:

完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。

具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。

嵌入式操作系统

具有相对不变性。

（3嵌入式应用程序　运行于操作系统之上,利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。

不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。

2　处理器的选型

在本设计中采用了C8051F120芯片,其特点如下:

C8051F120是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片,具有64个数字I/O引脚（100脚TQFP封装。

C8051F120有标准的8051程序和数据地址配

置。

它包括256字节的数据RAM,其中高128字

节为双映射。

C8051F120还有另外位于外部数据存储器地址空

间的8K字节RAM块,它的程序存储器包含128K的分块Flash。

该存储器以1024字节为一个扇区,可以在系统编程。

MCU系统的存储器结构如图2所示。

图2　C8051F120的存储结构

3　嵌入式系统的选型

在本设计中,用的是μC/OSⅡ操作系统,

μC/OSⅡ最主要的特点就是源码公开的自由软件。

这一点对于用户来说可谓利弊各半;好处在于,一方面它是免费的;另一方面用户可以根据自己的需要

对它进行修改。

坏处在于,它缺乏必要的支持。

它没有功能强大的软件包,用户通常得自己编写驱动程序,特别当用户使用的是不太常用的单片机,还必须自己编写移植程序,在本设计中,采用的是具有51内核的C8051F120芯片。

操作系统是一种与硬件（处理器相关的软件,根据某一种处理器来设计的操作系统一般是不能

嵌入式技术

2009.3

在其他种类的处理器上运行的。

如果要在其他处理器上运行该操作系统,则必须对这个操作系统做相应的改造,即所谓操作系统的移植。

移植μC/OSⅡ所需要的准备工作有:

深入了解所采用的系统核心;分析所采用的C语言开发工具的特点;编写移植代码;测试移植程序;针对项目的开发平台,封装服务函数（类似于80X86的PC.C以及PC.H。

移植的程序流程如图3所示

。

图3　嵌入式移植的程序流程

4　开发平台的选取

考虑到实验室的实际情况,决定采用某型单片机的控制电路板（板上含C8051F120芯片作为开发平台,并对其中4个发光二极管加以利用,最后

把EPA协议栈在μC/OS2Ⅱ上进行移植。

关于任务堆栈以及寄存器的设计,参考了任哲编写的《嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ原理及应用》一书,堆栈结构如图4所示。

图4　堆栈结构

EPA协议栈在μC/OS2Ⅱ上的移植主要进行

下面的工作:

1.修改EPA协议栈与CPU和编译器相关in2cludes.h头文件,如数据长度,字的高低位数据等。

2.与操作系统的接口部分,包括进程间同步,

进程间通信所需要的信号量,消息队列等函数。

3.跟时间相关的函数,使EPA协议栈的时间队列能够和μC/OS2Ⅱ的系统时间系统一致。

5　分析与测试

本文开发的系统加载了EPA通信协议栈的一致性测试,主要是测试该系统对大量数据包的处理能力以及对任务切换的能力。

该测试成功地验证了本系统的稳定性和可靠性。

图5是一致性测试报告的一部分,TestInformation栏中Testschedule表明进行第几个测试计划;ExecuteCase表明预测试几个用例;PassedCase表明几个测试用例通过了测试;FailedCase:

0表明没有用例测试失败。

测试信息表明:

十个测试用例都通过了测试。

图5　一致性测试报告

6　结束语

在本设计中实现的是一个较简单的功能,大部

分的工作量安排在理解μC/OSⅡ操作系统的原理及其移植上,在今后的学习中要引入更复杂的功能,C8051F120是一款功能十分强大的芯片,片上资源极为丰富,因此在今后的开发过程中,在μC/OSⅡ的管理下能实现的功能还很多,另外在用KEIL进行编译时,总会出现若干警告,这一部分还

　　2009.3

EmbeddedTechnology

需要进一步理解μC/OSⅡ操作系统,以免对今后的功能扩展产生影响。

　　参考文献

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作者简介

耿兆国,（19832,男,汉族,重庆邮电大学在读硕士研究生。

研究方向:

嵌入式系统软件。

耿兆会,（19872,男,汉族,江南大学

在读本科生。

研究方向:

嵌入式系统软件。

E2mail:

leo_geng@

（上接第25页

PAPR超过7dB的概率小于10-5。

说明SLM方

法对PAPR有很好的抑制效果。

当然其代价也是明显的,首先,系统要额外计算M-1路信号,增加了开销;其次,随机相位信息要通过某种方式传到接收方,也会降低系统的有效性;再次,随机相位信息一旦出错将会对解调带来很大的影响,在一定程度上降低了系统的可靠性。

总之,两种方法都能有效降低PAPR,但其运算量及计算复杂度也是不容忽视的问题。

因此,在实际系统选择降低PAPR技术时,要平衡性能与计算复杂度,综合协调两者的关系选择恰当的技术。

　　参考文献

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作者简介

刘建国,（19842,男,山西河曲人,硕士研究生,主要研究方向为移动通信。

E2mail:

jianguoliu21@