基于 ARM 嵌入式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

S3C2410 芯片支持多種嵌入式操作系統(tǒng)，如 WINCE、uCLinux 等。但考慮到監(jiān)控系統(tǒng) 的實時性要求，這里使用的是 µC/OS-II 嵌入式實時操作系統(tǒng)。µC/OS-II 是一個源碼公開、可 移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用 ANSI C 寫的。 整個嵌入式系統(tǒng)分為兩大層：硬件層和軟件層。這里主要研究軟件層的架構。軟件層主 要分為四個部分：實時操作系統(tǒng)內核，與處理器相關部分，與應用程序相關部分，用戶的應 用程序。
移植 µC/OS-II 系統(tǒng)需要修改的文件有：應用程序相關文件： OS_CFG.H INCLUDE.H； 處理器相關文件： OS_CPU.H、 OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C 。
3.2.1 與處理器相關的代碼 這是移植中最關鍵的部分。內核將應用系統(tǒng)和底層硬件有機的結合成一個實時系統(tǒng)，要 使同一個內核能適用于不同的硬件體系，就需要在內核和硬件之間有一個中間層，這就是與 處理器相關的代碼。處理器不同。這部分代碼也不同。我們在移植時需要自己移植這部分代 碼。
a）OS_CPU.H

包括了用#define 定義的與處理器相關的常量，宏和類型定義，有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義,棧 增長方向定義，關中斷和開中斷定義，系統(tǒng)軟中斷的定義等等。
b)OS_CPU_A.ASM
這部分需要對處理器的寄存器進行操作，所以必須用匯編語言來編寫。包括四個子函數(shù)： OSStartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()，OSTickISR()。OSStartHighRdy()在多任務 系統(tǒng)啟動函數(shù) OSStart()中調用。完成的功能是:設置系統(tǒng)運行標志位 OSRunning = TRUE； 將就緒表中最高優(yōu)先級任務的棧指針 Load 到 SP 中，并強制中斷返回。這樣就緒的最高優(yōu)先 級任務就如同從中斷里返回到運行態(tài)一樣，使得整個系統(tǒng)得以運轉。OSCtxSw()在任務級任 務切換函數(shù)中調用的。任務級切換是通過 SWI 或者 TRAP 人為制造的中斷來實現(xiàn)的。ISR 的向 量地址必須指向 OSCtxSw()。這一中斷完成的功能：保存任務的環(huán)境變量(主要是寄存器的值, 通過入棧來實現(xiàn)),將當前 SP 存入任務 TCB 中，載入就緒最高優(yōu)先級任務的 SP,恢復就緒最高 優(yōu)先級任務的環(huán)境變量，中斷返回。這樣就完成了任務級的切換。OSIntCtxSw()在退出中斷
服務函數(shù) OSIntExit()中調用,實現(xiàn)中斷級任務切換.由于是在中斷里調用，所以處理器的寄 存器入棧工作已經(jīng)做完，就不用作這部分工作了。具體完成的任務；調整棧指針(因為調用 函數(shù)會使任務棧結構與系統(tǒng)任務切換時堆棧標準結構不一致)，保存當前任務 SP，載入就緒 最高優(yōu)先級任務的 SP，恢復就緒最高優(yōu)先級任務的環(huán)境變量，中斷返回。這樣就完成了中斷 級任務切換。OSTickISR()系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務函數(shù)，這是一個周期性中斷，為內核提供
時鐘節(jié)拍。頻率越高系統(tǒng)負荷越重。其周期的大小決定了內核所能給應用系統(tǒng)提供的最小時 間間隔服務。一般只限于 ms 級(跟 MCU 有關),對于要求更加苛刻的任務需要用戶自己建立中 斷來解決.該函數(shù)具體內容：保存寄存器(如果硬件自動完成就可以省略)，調 OSIntEnter()， 調用 OSTimeTick()，調用 OSIntExit()，恢復寄存器，中斷返回。
c) OS_CPU_C.C
該文件中共定義了 6 個函數(shù)，但是最重要的是 OSTaskStkInit().其他都是對系統(tǒng)內核的擴展 時用的. OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時系統(tǒng)內部自己調用的，對用戶任務的堆棧 進行初始化。使建立好的進入就緒態(tài)任務的堆棧與系統(tǒng)發(fā)生中斷并且將環(huán)境變量保存完畢時 的棧結構一致。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務運行起來。

3.2.2 與應用相關的代碼
這部分包括兩個文件：OS_CFG.H, INCLUDES.H。 用戶根據(jù)自己的應用系統(tǒng)來定制合適 的內核服務功能。 OS_CFG.H 來配置內核，用戶根據(jù)需要對內核進行定制，留下需要的部 分,去掉不需要的部分，設置系統(tǒng)的基本情況。比如系統(tǒng)可提供的最大任務數(shù)量，是否定制 郵箱服務，是否需要系統(tǒng)提供任務掛起功能，是否提供任務優(yōu)先級動態(tài)改變功能等等。 INCLUDES.H 系統(tǒng)頭文件，整個實時系統(tǒng)程序所需要的文件，包括了內核和用戶的頭文件。

3.3、用戶圖形接口
雖然 µC/OS-II 操作系統(tǒng)具有很高的實時性，但不像 WINCE、uCLinux 等操作系統(tǒng)那樣 有良好的圖形界面支持。所以，在使用液晶和觸摸屏的情況下需要移植用戶圖形接口程序。
這里使用的是 µC/GUI。µC/GUI 是一個軟件模塊集合，通過該模塊可以在我們的嵌入式產(chǎn)品 中加入用戶圖形接口（GUI）。µC/GUI 具有很高的執(zhí)行效率，并且與處理器和 LCD 控制器相 獨立。該模塊可以工作在單任務或者多任務環(huán)境，可以支持不同大小的顯示方式。
通過 µC/GUI 我們可以很方便的在液晶屏繪制圖形和界面。如果需要多種字體支持，必 須自己將相應的字體字庫加入到 µC/GUI 中。為了避免出現(xiàn)亂碼，盡量使用 GB2312 國標字 庫。

3.4、關于字庫的兼容性問題

我們國內通常使用的漢字字庫是 GB 碼，但國際上使用的是 UNICODE 碼 ，所以如果數(shù)

據(jù)終端使用的是手機、PDA 等移動通信設備，那么在數(shù)據(jù)發(fā)送前必須進行字碼轉換，即 GB 碼 轉換為 UNICODE 碼或者 UNICODE 碼轉換為 GB 碼。
由于 GB 碼與 UNICODE 碼在排列組合上沒有任何規(guī)律，所以通常字碼轉換的方法就是 查表法。

4 、結束語
基于 ARM9 嵌入式系統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)與以往的監(jiān)控系統(tǒng)不同，高性能的處理器芯片大 大提高了系統(tǒng)的性能。使監(jiān)控系統(tǒng)能夠工作在比較惡劣的環(huán)境中。并且在設計上充分考慮到 了系統(tǒng)的可擴展性和兼容性問題，實現(xiàn)了本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的無縫連接。以滿足不同工作環(huán) 境的需要。
作者創(chuàng)新觀點：本文設計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用范圍更廣，更靈活、方便。通過各個功能模塊 的不同組合，可以十分方便快速的應用于各個領系域，真正實現(xiàn)智能化、自動化且具有較高 的性價比。