孔慶臣,張廣蘭,劉忠艷
(黑龍江科技學(xué)院,哈爾濱150027)
本人在教學(xué)及科研實驗中,對基于μC/OS-II 的多任務(wù)系統(tǒng)在SOPC 中的設(shè)計總結(jié)出了具體實現(xiàn)方法。經(jīng)過實踐驗證,該方法簡單、可靠,值得推廣。
μC/OS-II 是一個可移植、可裁剪、占先式、實時的多任務(wù)內(nèi)核,主要有任務(wù)管理、時間管理、信號量管理、消息郵箱管理、列隊管理、內(nèi)存管理等。由于絕大部分代碼都是用C 語言編寫的,只有極少部分與處理器密切相關(guān)的代碼是用匯編語言編寫的,用戶只要做很少的工作就可以把它移植到各類8 位、16 位、32 位處理器上。另外,μC/OS-II 的構(gòu)思巧妙,結(jié)構(gòu)簡單、精煉,可讀性強,有足夠的穩(wěn)定性和安全性,具備了實時操作系統(tǒng)的全部功能,在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
基于μC/OS-II 的多任務(wù)系統(tǒng)在SOPC 系統(tǒng)中的硬件實現(xiàn)與普通SOPC 硬件設(shè)計相同,使用Quartus II 創(chuàng)建設(shè)計工程,工程創(chuàng)建完成之后,創(chuàng)建頂層實體。創(chuàng)建完頂層設(shè)計文件后,使用SOPC Builder 創(chuàng)建Nios II 嵌入式處理器,添加、配置系統(tǒng)的外設(shè)IP,組成Nios II 系統(tǒng)模塊。Nios II 系統(tǒng)模塊設(shè)計完成之后要加入到該頂層實體中,然后進(jìn)行其他片上邏輯的開發(fā)。系統(tǒng)整體開發(fā)流程如圖1所示。
圖1 基于μC/OS-II 的多任務(wù)系統(tǒng)在SOPC 設(shè)計的流程
利用Nios II IDE 開發(fā)環(huán)境,使用C/C++語言編程設(shè)計。根據(jù)多任務(wù)系統(tǒng)的實際情況確定任務(wù)棧大小,并定義個任務(wù)棧;依照任務(wù)輕重緩急設(shè)定優(yōu)先級,創(chuàng)建和編寫各具體任務(wù),最后調(diào)用OSStat()啟動MicroC/OS-II。具體開發(fā)流程如圖2所示。
圖2 在Nios II IDE編寫多任務(wù)系統(tǒng)的軟件流程
本文涉及內(nèi)容已在Nios development Board Cyclone II(EP2C35)中實現(xiàn)。通過在Quartus II 中使用SOPC Builder 建立一個Nios II 最小系統(tǒng),然后在Nios II IDE 編寫基于μC/OS-II 實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序,同時運行3個任務(wù),分別是LED 跑馬燈、步進(jìn)電機(jī)運行控制、LCD16207 顯示字符。具體電路如圖3所示。
該方案已經(jīng)在具體項目中實現(xiàn)。如果組成多任務(wù)的單任務(wù)能夠可靠運行,只要把Nios II IDE 環(huán)境下的System Library 設(shè)置成MicroC/OS-II,在源程序里加入μC/OS-II 多任務(wù)的相關(guān)函數(shù)及必要的參數(shù),把各個單任務(wù)程序整合到程序中,就可以在極短時間完成多任務(wù)的設(shè)計。若想開發(fā)成多任務(wù)專用集成電路(ASIC),可以保持上述開發(fā)過程不變,使用Stratix FPGA 系列芯片,在需要時,通過Altera 的HardCopy 設(shè)計中心將由FPGA 構(gòu)成的系統(tǒng)無縫移植為低成本、功能等價、引腳兼容的HardCopy II結(jié)構(gòu)化的ASIC,是一個值得推廣的成熟、高效的設(shè)計方案。
圖3 硬件實現(xiàn)電路
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單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用2010年4期