嵌入式操作系統(tǒng)

1、 課程設計（大作業(yè)）報告課程名稱：嵌入式操作系統(tǒng) 設計題目：MQX基本要素綜合項目 院 系： 設 計 者昆明學院信息技術學院課程設計（大作業(yè)）報告摘要 MQX已經(jīng)走過了20多年的發(fā)展歷程，基于MQX的產(chǎn)品已達數(shù)百萬。飛思卡爾于2009年收購MQX，并推出第一個版本MQX-RTOS3.0.1后，對其功能進行了不斷加強，MQX是一款免費、開源、有技術支持，面向工業(yè)控制、醫(yī)療電子、家用電器等領域的嵌入式實時操作系統(tǒng)。MQX具有學習難度低，開發(fā)工具強，外設驅(qū)動豐富，內(nèi)核精簡、架構清晰、實時性強、應用范圍廣等特點。與Linux相比，Linux的MMU、OpenGL功能強大，占用資源多，而MQX內(nèi)核精簡、

2、效率高、實時性強，更適合工業(yè)控制、醫(yī)療電子、家用電器等領域。因此，選用MQX作為RTOS的學習藍本，不僅入門難度小，且實際應用的可行性大。關鍵詞： MQX、內(nèi)核精簡、實時性強、效率高。目錄一、題目分析1二、MQX的介紹及說明1三、各任務的主要功能介紹2四、系統(tǒng)框圖3五、程序代碼及分析4六、運行結果5七、總結5七、參考文獻5課程設計（大作業(yè)）報告1、 題目分析MQX基本要素綜合項目，主要介紹一個包含MQX基本要素綜合項目的設計過程，主要分為幾個部分，介紹對模塊引腳做統(tǒng)一說明，介紹中斷服務例程ISR的功能設計與任務的功能設計，介紹PC與MCU通信幀協(xié)議，包含幀格式和幀命令，給出MCU方主要任務的代

3、碼實現(xiàn)，PC程序的界面。需求分析：將設計一個實例來驗證SD-FSL-K60-C評估板各個模塊的硬件功能，需要包含任務、中斷、驅(qū)動、輕量級事件、輕量級信號量、輕量級消息隊列、輕量級日志等基本要素。為區(qū)分不同的功能單元并確保數(shù)據(jù)的完整性，需要以組幀的方式完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸。具體實現(xiàn)可通過串口發(fā)送相應的幀數(shù)據(jù)來控制具體的模塊。基于以上需求，可運用以上基本要素來實現(xiàn)對LED、UART、ADC、RTC、Flash等幾個模塊的測試，其中LED模塊控制板上的4盞小燈，UART模塊實現(xiàn)串口的發(fā)送接收，ADC模塊實現(xiàn)AD采樣，RTC模塊實現(xiàn)實時對時，F(xiàn)lash模塊實現(xiàn)Flash的讀取。2、 MQX的介紹及說明1

4、、介紹：本部分對程序中所使用的LED,ADC,RTC,Flash,UART幾個模塊的引腳做統(tǒng)一說明。2、MQX的特點：（1）實時性高。MQX提供高效的任務調(diào)度、內(nèi)存管理等功能。MQX采用基于優(yōu)先級的、搶占式調(diào)度策略。帶有最優(yōu)化上下文切換和中斷處理，用于實現(xiàn)快速、高效的預測響應時間，具有高實時性。（2）內(nèi)核精簡。MQX采用微內(nèi)核結構，代碼最小為16KB，RAM最小開銷為2KB，對硬件系統(tǒng)開銷較?。豢梢愿鶕?jù)需要添加可定制組件，具有直接應用編程接口API、高度模塊化架構，能夠很好地滿足各種不同應用需求。（3）內(nèi)核免費且有技術支持。MQX內(nèi)核完全免費，開放源碼，成本低，軟件資源豐富。（4）開發(fā)工具成熟

5、、外設驅(qū)動豐富。（5）性價比高。3、硬件說明： LED：LED1的外接引腳為PTB6，LED2的外接引腳為PTB7，LED3的外接引腳為PTB8,LED4的外接引腳為PTB9。 ADC：因外接引腳較多，ADC0模塊的14通道為PTC0，ADC1模塊的17通道為PTA17,K60芯片溫度傳感器內(nèi)接ADC0模塊的26通道。 RTC：要使RTC模塊能夠正確運行，首先要把K60_C型板反面上的32.768kHz晶振旁邊的R8電阻去掉。 Flash:在默認情況下，程序中有關 Flash讀寫操作的 Flash區(qū)域是在 Flash的塊0的最后若干字節(jié)，使用的長度取決于 Flash模塊的幀數(shù)據(jù)內(nèi)容。 Flas

6、h分為塊0和塊1，均為256KB，塊0的范圍是0x00000000-0x0003FFFF。 UART:發(fā)送引腳為PTE24,接收引腳為PTE25。3、 各任務的主要功能介紹1、主任務（task_main）：完成全局變量初始化（如輕量級信號量）、外設初始化、創(chuàng)建其他任務、安裝用戶ISR。2、LED任務（task_run_LED）主要功能是用以控制K60-C板上的4盞LED燈。首先解析發(fā)給LED模塊的幀命令，控制K60-C板上的4盞LED燈的某一盞。本任務中運用了輕量級日志，先將這6個32位的數(shù)據(jù)逐一寫入一則日志條目中，再從該日志中將數(shù)據(jù)讀取出來放入一個局部變量的數(shù)組中，最后將數(shù)據(jù)放入輕量級發(fā)送消

7、息隊列中。3、解幀任務（task_decode）：將由串口4接收到的完整幀數(shù)據(jù)分別復制到LED模塊、ADC模塊、RTC模塊和Flash模塊各自的緩沖區(qū)，并設置各個模塊任務的事件位。4、UART任務（task_run_UART）：為了防止幀數(shù)據(jù)包含幀尾類型的數(shù)據(jù)，要對幀數(shù)據(jù)增加轉(zhuǎn)義字符。本任務從輕量級發(fā)送消息隊列中取出數(shù)據(jù)，然后調(diào)用轉(zhuǎn)義函數(shù)對其增加轉(zhuǎn)義字符。把各個任務的存放數(shù)據(jù)的全局數(shù)組元素定義為32位，是因為MQX提供的輕量級消息隊列操作的數(shù)據(jù)單位為32位。5、ADC任務（task_run_ADC）：主要功能是通道初始化和AD數(shù)據(jù)采集。根據(jù)幀數(shù)據(jù)中與ADC模塊相關的命令字段來區(qū)分是通道初始化操

8、作還是AD數(shù)據(jù)采集操作。通道初始化操作的模塊號與通道號來自PC界面的選項，在默認情況下，采樣位數(shù)定為16位，采樣次數(shù)為10次。AD數(shù)據(jù)采集操作將從最新初始化過的AD通道中采樣數(shù)據(jù)，并在該操作的最后，將采樣數(shù)據(jù)放入輕量級發(fā)送消息隊列中。6、RTC任務（task_run_RTC）:主要功能是時間對表和回發(fā)當前RTC時間。這兩種操作實際上操縱的都是相對于公共參考時間的相對秒數(shù)，只是PC把相對秒數(shù)轉(zhuǎn)換過后顯示絕對時間，時間對表也不回發(fā)數(shù)據(jù)，對表正確性與否可通過回發(fā)當前RTC時間操作在PC的顯示的時間信息來判斷。在該任務最后，將實時時鐘的相關幀數(shù)據(jù)放入輕量級發(fā)送消息隊列中。7、Flash任務（task_

9、run_FLASH）：主要功能是向Flash讀取數(shù)據(jù)，在該例子中Flash功能較為簡單，不提供Flash隨機讀寫。讀寫操作的Flash區(qū)域是在Flash的塊0的最后若干字節(jié)，長度取決于Flash模塊的幀數(shù)據(jù)內(nèi)容。四、系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖12. 幀格式：幀頭幀長模塊編碼有效數(shù)據(jù)幀尾命令編碼命令參數(shù)1B1B1B1BNB1B各字段的含義現(xiàn)介紹如下：幀頭：0xAA。幀長：包括幀頭、幀長、模塊編號、有效數(shù)據(jù)、幀尾五個部分在內(nèi)的所有字節(jié)總數(shù)。模塊編號：0x01、0x02、0x03、0x04分別對應LED、ADC、RTC、Flash。有效數(shù)據(jù)：每一個模塊以不同的操作來區(qū)分不同的命令，長度根據(jù)模塊的使用情況而定。

10、幀尾：0x55。MCU僅在把數(shù)據(jù)回發(fā)給PC時增加了轉(zhuǎn)義字符，以提高PC解析MCU數(shù)據(jù)幀的速度，程序中轉(zhuǎn)義字符約定為0xA5。幀數(shù)據(jù)中除幀頭、幀尾之外，如果遇到0xAA、0xA5、0x55，就在這幾個數(shù)據(jù)之前增加一個0x55，以區(qū)別幀頭、轉(zhuǎn)義、之外。而PC在將幀數(shù)據(jù)發(fā)給MCU時并不增加轉(zhuǎn)義字符。 五、程序代碼及分析改進后的代碼：switch(gLED_Buff4) case 0x01:light_control(Light_D1,LIGHT_OFF); / 設定為高電平light_control(Light_D2,LIGHT_ON);light_control(Light_D3,LIGHT_ON

11、);light_control(Light_D4,LIGHT_ON);break;case 0x02:light_control(Light_D1,LIGHT_ON);light_control(Light_D2,LIGHT_OFF); / 設定為高電平light_control(Light_D3,LIGHT_ON); light_control(Light_D4,LIGHT_ON); break; case 0x03: light_control(Light_D1,LIGHT_ON); light_control(Light_D2,LIGHT_ON);light_control(Light_

12、D3,LIGHT_OFF); light_control(Light_D4,LIGHT_ON);/light_control(Light_D3,LIGHT_OFF);break;case 0x04: light_control(Light_D1,LIGHT_ON); / 設定為高電平light_control(Light_D2,LIGHT_ON);light_control(Light_D3,LIGHT_ON); / 設定為高電平light_control(Light_D4,LIGHT_OFF); /light_control(Light_D4,LIGHT_OFF); break; defau

13、lt:break;思想分析：LED燈開始是全亮的，首先Light_D1關閉，則其余三個小燈都打開，因為是取反，所以當關閉的時候燈是亮的，其他的小燈也一樣。1、串口4的ISR：設計串口4的ISR的目的是為了接收PC發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，并將完整的數(shù)據(jù)幀傳遞給解幀任務。2、設計主任務的目的是完成解幀任務、LED任務、ADC任務、RTC任務、Flash任務、UART任務正常運行之前的準備工作。3、解析幀數(shù)據(jù)是發(fā)送給哪一個模塊工作，如果放在串口4的ISR中完成，會大大降低串口4的組幀函數(shù)的重用性，為把該工作獨立出來，增加一個解幀任務來完成。4、設計LED任務的目的是接收PC的命令，控制K60-C板上的4盞LE

14、D燈的亮暗。5、設計ADC任務的目的是為了控制ADC通道進行AD數(shù)據(jù)采集。6、設計RTC任務的目的是為了控制RTC模塊計時。7、設計Flash任務的目的是為了控制Flash模塊完成數(shù)據(jù)的寫操作與讀操作。8、設計UART任務的目的是為了測試UART4模塊，同時完成將數(shù)據(jù)幀傳遞到輕量級消息隊列的工作。六、運行結果七、總結 通過此次嵌入式操作系統(tǒng)課程設計，在課程設計期間，編寫程序代碼并進行修改。編寫完成程序代碼運行中出現(xiàn)了好多個錯誤和警告，與同學討論之后改正了幾個錯誤但是還存在錯誤沒有修改完，后面又問了其他同學加上自己查閱資料，找出了錯誤的出處。在這次課程設計中讓我更加的掌握了這門課程中平時所沒有掌握的知識，并且能夠把嵌入式操作系統(tǒng)很好的運用，也提高了我的知識領域。結束了兩周的課程設計，也讓我從課