基于ARM7系列處理器的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)探索方案

4軟件設(shè)計(jì)部分

軟件部分要分別編寫S3C4510B部分的程序和CPLD控制程序。前者可分為μC/OSII的移植和各個(gè)應(yīng)用程序的編寫，后者用VHDL語言實(shí)現(xiàn)。

對于S3C4510B部分，根據(jù)整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)的功能和對他的要求進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)分割，并根據(jù)實(shí)際需要為各個(gè)任務(wù)分配優(yōu)先級。系統(tǒng)大致可分為如下幾個(gè)任務(wù)：初始化CPLD控制參數(shù);對FI FO的讀取;與上位機(jī)的TCP/IP通訊;與上位機(jī)的串口通訊。對應(yīng)每個(gè)任務(wù)，需要編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，軟件設(shè)計(jì)部分的關(guān)鍵技術(shù)有：

(1)μC/OSII內(nèi)核向S3C4510B中的移植，要根據(jù)處理器的特點(diǎn)合理地修改μC/OS II的3個(gè)與處理器相關(guān)的文件：OS_CPUH，OS_CPU_AASM，OS_CPU_C.C。主要是將文件中的匯編指令，改為ARM7的匯編指令，并根據(jù)CPU的特點(diǎn)對文件中寄存器的初值進(jìn)行改寫。

(2)內(nèi)存配置問題。對于存儲器容量的設(shè)計(jì)，要綜合考慮μC/OSII內(nèi)核代碼和應(yīng)用程序代碼的大小。每個(gè)任務(wù)是獨(dú)立運(yùn)行的，必須給每個(gè)任務(wù)提供單獨(dú)的?？臻g(RAM)，RAM總量的計(jì)算公式為：

RAM總量=應(yīng)用程序的RAM需求+內(nèi)核數(shù)據(jù)區(qū)的RAM需求+各任務(wù)棧需求之總和+最多中斷嵌套所需堆棧

(3)TCP/IP協(xié)議在μC/OSII中的實(shí)現(xiàn)。為了滿足嵌入式設(shè)備與Internet網(wǎng)絡(luò)直接交換信息的要求，在μC/OSII中又移植了LwIP協(xié)議棧。

LwIP是瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院(Swedish InSTitute of Computer Science)的Adam Dunkels等開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。LwIP的含義是Light Weight(輕型)IP協(xié)議。LwIP可以移植到操作系統(tǒng)上，也可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨(dú)立運(yùn)行。LwIP TC P/IP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM的占用，一般他只需要幾十k的RAM和40 k左右的ROM就可以運(yùn)行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使用。

LwIP的特性有：支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā);支持ICMP協(xié)議;包括實(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的的UDP(用戶數(shù)據(jù) 報(bào)協(xié)議);包括阻塞控制、RTT估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP(傳輸控制協(xié)議);提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口(raw API)用于提高應(yīng)用程序性能。

LwIP可以很容易地在μC/OSII的調(diào)度下，為系統(tǒng)增加網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)管理功能。LwIP協(xié)議棧在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了將來的移植問題，他把所有與硬件，OS，編譯器相關(guān)的部份獨(dú)立出來，放在/src/arch目錄下。因此LwIP在μC/OSII上的實(shí)現(xiàn)就是修改這個(gè)目錄下的文件，其他的文件一般不應(yīng)該修改。在驅(qū)動中主要是根據(jù)S3C4510B內(nèi)的以太網(wǎng)控制特殊功能寄存器，編寫網(wǎng)絡(luò)接口的處發(fā)送包、接收包函數(shù)，初始化以及用于以太網(wǎng)控制器的外部中斷服務(wù)程序。

5結(jié)語

采用基于ARM7的S3C4510B嵌入式微處理器，可以使系統(tǒng)小型化，便于提高性能以及與各種外設(shè)連接擴(kuò)展，同時(shí)降低了成本。μC/OSII作為一個(gè)源代碼公開的操作系統(tǒng)，在具體應(yīng)用種穩(wěn)定可靠。本系統(tǒng)采用ARM7+μC/OSII開發(fā)設(shè)計(jì)，具有精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的特點(diǎn)，可以在各種工業(yè)場合中廣泛應(yīng)用，達(dá)到了設(shè)計(jì)的初衷。