基于Cortex―M3的自動(dòng)氣象站設(shè)計(jì)

平均算法：測(cè)量一分鐘，每分鐘取樣6次，去掉一個(gè)最大值和最小值，剩下4個(gè)值取算術(shù)平均。
滑動(dòng)平均算法：當(dāng)采集速率每秒一次(t=1)，平均期間T=3s，連續(xù)測(cè)量120s，代入下面公式計(jì)算：

式中：n個(gè)樣本值的平均值，：n-1個(gè)樣本值的平均值，Yn：第n個(gè)樣本值，t：采樣時(shí)間，T：平均期間(s)。

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 基于Cortex—M3的μc／os—II移植
μc／os—II是一種典型的具有可剝奪型內(nèi)核的基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可同時(shí)管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)，由于Cortex—M3不支持32位的ARM指令集，而只支持Thumb-2指令集，這種不向后兼容的方式使Cortex—M3之前平臺(tái)使用的ARM匯編語(yǔ)言程序都不能直接移植到Cort ex—M3上，筆者從μc／os—II和Cortex—M3的內(nèi)核結(jié)構(gòu)研究著手，對(duì)μc／os—II內(nèi)核中INCLUDES．H、OS_CFG．H、OS_CPU．H、OS_CPU_ C．C、OS_CPU_A．ASM五個(gè)與應(yīng)用程序和處理器相關(guān)的文件進(jìn)行修改，在INCLUDES．H中增加了與STM32處理器相關(guān)的外設(shè)寄存器定義和內(nèi)存映射的頭文件，在OS_CFG．H中完成對(duì)μc／os—II內(nèi)核構(gòu)造部分的配置工作，在OS_CPU．H中完成與編譯器相關(guān)數(shù)據(jù)類型的定義、任務(wù)堆棧數(shù)據(jù)類型的定義，以及任務(wù)堆棧方向的設(shè)定工作，在OS_CPU_C．C中根據(jù)Cortex—M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于在C環(huán)境下無(wú)法對(duì)Cortex—M3的寄存器進(jìn)行操作，所以需要在OS_CPU_A．ASM匯編環(huán)境中完成對(duì)臨界區(qū)函數(shù)、上下任務(wù)切換函數(shù)以及中斷服務(wù)子程序中的任務(wù)切換函數(shù)的設(shè)計(jì)工作，在完成以上修改后還需在c環(huán)境下增加系統(tǒng)時(shí)鐘配置和中斷函數(shù)為μc／os—II提供一個(gè)周期性信號(hào)源，在STM32中系統(tǒng)時(shí)鐘是由SysTick定時(shí)器來(lái)提供的。
3．2 μc／os—II任務(wù)設(shè)計(jì)
在μc／os—II架構(gòu)下整體設(shè)計(jì)中需要建立7個(gè)任務(wù)，如圖2所示，由于統(tǒng)計(jì)任務(wù)主要作用是計(jì)算當(dāng)前CPU的利用率，需要消耗相當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/STM32">STM32內(nèi)部資源，所以為節(jié)約系統(tǒng)資源在這里需要把系統(tǒng)配置OS_TASK_STAT_EN設(shè)置為0，禁止使用統(tǒng)計(jì)任務(wù)，空閑任務(wù)是必須的，在沒(méi)有其它任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)投入運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行前自動(dòng)建立，優(yōu)先級(jí)自動(dòng)配置為最低。由于系統(tǒng)要求在開(kāi)始多任務(wù)調(diào)度前必須新建一個(gè)任務(wù)，所以我們建立了一個(gè)開(kāi)始任務(wù)，開(kāi)始仟?jiǎng)?wù)作用就是新建另外5個(gè)任務(wù)，包括：溫濕度采集任務(wù)、氣壓數(shù)據(jù)采集任務(wù)、風(fēng)速采集任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，完成這5個(gè)任務(wù)建立后開(kāi)始任務(wù)就會(huì)自己掛起。完成對(duì)任務(wù)設(shè)計(jì)后還需要對(duì)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置，空閑任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最低，風(fēng)速采集任務(wù)頻率最高為1s／次，所以優(yōu)先級(jí)應(yīng)設(shè)置為最高，溫濕度和氣壓采集任務(wù)頻率相同為10s／次，設(shè)置優(yōu)先級(jí)應(yīng)低于風(fēng)速采集任務(wù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送任務(wù)應(yīng)該都在前面幾個(gè)數(shù)據(jù)采集任務(wù)完成后，所以設(shè)置優(yōu)先級(jí)應(yīng)該更低一些，開(kāi)始任務(wù)由于在新建任務(wù)后被掛起并不參與任務(wù)調(diào)度，所以優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置為次于空閑任務(wù)的最低級(jí)。

3．3 系統(tǒng)整體調(diào)試
在主函數(shù)中需要進(jìn)行初始化工作，主要完成STM32時(shí)鐘系統(tǒng)和μc／os—II時(shí)鐘系統(tǒng)配置，初始化操作系統(tǒng)后新建開(kāi)始任務(wù)TaskStart后操作系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，在系統(tǒng)剛開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)由于只有空閑任務(wù)和開(kāi)始任務(wù)參與任務(wù)調(diào)度，開(kāi)始任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高所以執(zhí)行開(kāi)始任務(wù)，在開(kāi)始任務(wù)中又新建氣壓測(cè)量任務(wù)(TaskPre)、溫濕度測(cè)量任務(wù)(TaskTem)、風(fēng)速測(cè)量任務(wù)(TaskV)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)(TaskFlash)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)(TaskSim)，完成任務(wù)新建后開(kāi)始任務(wù)被掛起進(jìn)入休眠狀態(tài)，不再參與任務(wù)調(diào)度，根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)總是執(zhí)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，風(fēng)速測(cè)量任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高，掛起時(shí)間一到總能得到處理器的使用權(quán)，當(dāng)測(cè)量完畢后任務(wù)自動(dòng)掛起不參與任務(wù)調(diào)度，類似的情況，溫濕度測(cè)量、氣壓測(cè)量完成各自測(cè)量數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理器后也自動(dòng)掛起，并把標(biāo)志為置1表示測(cè)量工作完成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)根據(jù)判斷標(biāo)志位決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)發(fā)送工作，其主函數(shù)和開(kāi)始任務(wù)主要代碼如下：