用uc/OS-2操作系統(tǒng)實現(xiàn)省電模式

摘  要:本文介紹了基于ARM7內(nèi)核的Philips lpc2214 MCU在uc/OS-2實時多任務操作系統(tǒng)中的低功耗設計與實現(xiàn)，該方法可以推廣到其它的嵌入式系統(tǒng)應用中。

關鍵詞:  低功耗；uc/OS-2 RTOS；Philips lpc2214

引言

    嵌入式系統(tǒng)的低功耗設計越來越成為人們關心的焦點。一般的嵌入式MCU都有空閑和掉電兩種省電模式，但如何在嵌入式操作系統(tǒng)中實現(xiàn)這兩種模式則是開發(fā)者面臨的一個難題。本文將給出這個問題的一種解決方案，它使用Philips lpc2214 MCU作為處理器構建硬件平臺，并在其上運行uc/OS-2實時操作系統(tǒng)，通過合理地設置處理器的相關寄存器和在uc/OS-2上建立相應的任務，來實現(xiàn)MCU的掉電模式。

lpc2214簡介 　　

　　lpc2214是Philips公司的一款嵌入式微控制器(MCU),它采用ARM7TDMI內(nèi)核，片上資源十分豐富，擁有16K RAM，256K Flash，兩個標準串行端口，兩個SPI端口，一個I2C端口，內(nèi)部實時時鐘，看門狗，A/D轉換，外部存儲器接口(最大支持64M)等。這樣，只需一片lpc2214，加上少許外圍電路，就可以輕松地組成一個嵌入式系統(tǒng)。

　　lpc2214具備兩種省電模式:空閑（IDLE）和掉電（POWER-DOWN）。通過配置相應的寄存器，就可以使其進入相應的省電模式。空閑模式時,系統(tǒng)時鐘一直有效，處理器，存儲器系統(tǒng)和相關控制器及內(nèi)部總線不再消耗功率，可通過中斷使處理器恢復運行；掉電模式時，振蕩器關閉，片內(nèi)外設不再消耗功率，復位或者外部中斷可以喚醒掉電模式。典型條件下，MCU的工作電流大概在60mA,而掉電模式下的靜態(tài)電流只有10uA左右。

uc/OS-2簡介

　　uc/OS-2屬實時多任務操作系統(tǒng)，用ANSI C編寫，含小部分匯編代碼，可通過移植用于不同架構的微處理器。至今，從8位到64位，uc/OS-2已在超過40種不同架構的微處理器上運行，其應用領域廣泛。

　　uc/OS-2是可搶占的實時操作系統(tǒng)，即當前正在運行的任務會被后來進入就緒態(tài)下的更高優(yōu)先級的任務所搶占。這項工作是由調(diào)度器（scheduler）完成的。每當正在運行的任務結束自己對CPU的占用，或者一個新的任務建立時，調(diào)度器都會進行一次新的調(diào)度保證當前任務及就緒態(tài)任務中的最高優(yōu)先級任務獲得到CPU的使用權。

在操作系統(tǒng)中實現(xiàn)掉電功能
 

　　空閑和掉電這兩種省電模式的實現(xiàn)方法幾乎是相同的，只有寄存器和喚醒方式的不同，故本文只介紹掉電模式的實現(xiàn)。
 

lpc2214中的相關寄存器
 

　　lpc2214中控制MCU進入空閑模式和掉電模式相關的寄存器是：
 
　　PCON：功率控制寄存器；
 
　　PCONP：外設功率控制寄存器；

　　掉電模式的喚醒是通過外部中斷實現(xiàn)的，與外部中斷相關的寄存器是： 

　　EXTINT：  外部中斷標志寄存器；
 
　　EXTWAKE： 外部中斷喚醒寄存器；
 
　　EXTMODE： 外部中斷方式寄存器；
 
　　EXTPOLAR：外部中斷極性寄存器
 
lpc2214掉電功能的具體實現(xiàn)

    在這里通過一個簡單的例子說明：系統(tǒng)復位后創(chuàng)建一個任務TaskStart()，它負責初始化與外部中斷相關的寄存器，同時在該任務中建立N個用戶任務Task1(), Task2(),...TaskN()和1個用于進入掉電模式的任務Task_Powerdown()。 uc/OS-2開始運行后，Task1()至TaskN()模擬N個實際任務的運行，Task_Powerdown()則負責在N個任務都空閑時將處理器切換進掉電模式。當有外部中斷時，則在中斷服務程序中將處理器喚醒。要說明的是，Task1()至TaskN()的優(yōu)先級都必須高于Task_Powerdown()的優(yōu)先級,且N+1不應大于系統(tǒng)最大任務數(shù)。主要代碼及注釋如下： 

int main (void)  //主函數(shù)，系統(tǒng)執(zhí)行入口

{ 

OSInit(); //初始化uc/OS-2操作系統(tǒng)

OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0, &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);

//建立第一個任務,優(yōu)先級最高為0

OSStart(); //開始運行uc/OS-2             

return 0;  //其實永遠不會返回

 }

void  TaskStart(void *pdata)  //創(chuàng)建N個用戶任務和1個掉電任務

{

pdata = pdata；

OSTaskCreate(Task1,(void*)0,&TaskStk1[TASK_STK_SIZE - 1], 1); //創(chuàng)建任務Task1()

OSTaskCreate(Task2,(void*)0,&TaskStk2[TASK_STK_SIZE - 1], 2);//創(chuàng)建任務Task2()

         ... ... 

OSTaskCreate(TaskN,(void*)0,&TaskStkN[TASK_STK_SIZE - 1], N);//創(chuàng)建任務TaskN()

OSTaskCreate(Task_Powerdown,(void*)0, &TaskStk[TASK_STK_SIZE - 1], N+1);

//創(chuàng)建掉電任務Task_Powerdown()

PCONP = 0x0000;//禁止所有片內(nèi)外設

... ... //設置外部中斷的相應寄存器

for(;;)

         {

            ... ... 

//任務代碼，結束后釋放CPU的使用權

          }

void  Task1(void *pdata)  //用戶任務1

{

      pdata = pdata;

         for(;;) 

         {

           ... ... //任務代碼

          }

}
 

 void  Task_Powerdown (void *pdata)   //MCU掉電任務，等待外部中斷喚醒
 

{
 

     pdata = pdata;
 

        for(;;)
 

        {
 

PCON = 2; //使MCU進入掉電模式
 

... ...  //外部中斷喚醒后,CPU交給用戶任務

         }
 

}

void __irq IRQ_EINT1(void)  //外部中斷的中斷處理程序
 

{
 

while((EXTINT & 0x02)!=0)  //清除中斷標志
 

{
 

            EXTINT = 0x02;
 

}
 

       VICVectAddr = 0x00; //中斷處理結束
 

}  
 

流程圖見圖1

圖1    掉電模式流程圖

結語

　　本文介紹了在lpc2214微控制器上運行uc/OS-2操作系統(tǒng)實現(xiàn)掉電的方法，簡單明了。從中不難看出，這種方法有普遍意義，可以廣泛地應用于各種嵌入式系統(tǒng)設計中。

參考文獻：

1. 邵貝貝譯，‘嵌入式實時操作系統(tǒng)uc/OS-2’(第2版)，北京航空航天大學出版社，2004.5.

2. 周立功等，‘ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程’，北京航空航天大學出版社，2004.12.

3.  lpc2212/lpc2214 Product Data, Philips Inc.，2004.