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測(cè)試測(cè)量

嵌入式多路信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(二)

星之球激光 來源:工控網(wǎng)2012-09-23 我要評(píng)論(0 )   

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 3.1 C/OS2Ⅱ 嵌入式 操作系統(tǒng) 當(dāng)需要進(jìn)行多任務(wù)處理和 調(diào)度 時(shí),一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)就必不可少。為此系統(tǒng)中采用源碼公開的C/OS2Ⅱ操作系統(tǒng),它具有...

        3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

 

  3.1 μC/OS2Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)

  當(dāng)需要進(jìn)行多任務(wù)處理和調(diào)度時(shí),一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性能優(yōu)良以及可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn),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(jìn)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(gè)定時(shí)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(duì)其進(jìn)行移植。根據(jù)μC/OS2Ⅱ的要求,移植μC/OS2Ⅱ到一個(gè)LPC2134ARM7體系結(jié)構(gòu)上需要提供2個(gè)或3個(gè)文件:OSCPU.

  H(C語(yǔ)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(yǔ)言進(jìn)行編程,但對(duì)于系統(tǒng)的初始化,仍然采用匯編來制作啟動(dòng)代碼,它可以實(shí)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(yè)標(biāo)題#e#

  芯片復(fù)位后,系統(tǒng)初始化流程如圖2所示。

 

  系統(tǒng)初始化流程圖

  圖2 系統(tǒng)初始化流程圖

 

  3.2 接口程序及SD卡驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

  在實(shí)時(shí)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(shí)法、ADC轉(zhuǎn)換完畢時(shí)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(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)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(dòng)顯得尤為重要。

  UART0初始化函數(shù)片斷如下:#p#分頁(yè)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(yàn),無流控制。在實(shí)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(cè)試系統(tǒng)中,測(cè)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(shí)采用每幀數(shù)據(jù)由3個(gè)字節(jié)組成,第1個(gè)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(hào),0表示正數(shù),1表示負(fù)數(shù);其余三位表示指數(shù)的數(shù)值部分。

  后續(xù)兩個(gè)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(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù),則兩個(gè)字節(jié)表示四位十進(jìn)制數(shù)。

  LPC2134的UART0使用中斷方式進(jìn)行通信,這樣不會(huì)占用CPU很多時(shí)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(jìn)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(jìn)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(jī)之間數(shù)據(jù)流的控制,這一層與實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS2Ⅱ控制。

 

  SD卡讀寫軟件移植結(jié)構(gòu)圖

  圖3 SD卡讀寫軟件移植結(jié)構(gòu)圖#p#分頁(yè)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(gè)任務(wù),進(jìn)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(yuǎn)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)。

 

  應(yīng)用程序框架流程圖

  圖4 應(yīng)用程序框架流程圖

 

  4 結(jié)語(yǔ)

   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(shí)用價(jià)值??紤]到現(xiàn)場(chǎng)采集到的多是小信號(hào),為了有較好的準(zhǔn)確度和精確度,對(duì)A/D后的采集數(shù)據(jù)還要進(jìn)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(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn),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(shí)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(chǎng)的相關(guān)視頻信號(hào)。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(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化。

 

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