淺析μC/OS-Ⅱ設備驅動的設計與實現

ADRd(ChannelNumber)

{

選擇要讀取的模擬輸入通道;

等待A M U X 輸出穩(wěn)定;

啟動A D C 轉換;

等待來自ADC 轉換結束中斷產生的信號量;

if (超時){

*err=信號錯誤;

return;

} else {

讀取ADC轉換結果并將其返回到應用程序 ;

}

}

ADCoversion Complete ISR{

保存全部CPU 寄存器; /* 將CPU的PSW、ACC、 B、

DPL、DPH及Rn入棧*/

通知內核進入ISR(調用OSIntEnter()或OSIntNesTIng直接加1);

發(fā)送A D C 轉換完成信號; /* 利用μC/OS-II內核的

OSSemPost()*/

通知內核退出ISR(調用OSIntExit());

恢復所有CPU 寄存器; /* 將CPU 的PSW、ACC、B、DPL、DPH及Rn出棧*/

執(zhí)行中斷返回指令(即RETI);

}

在這種方法里，要求ISR執(zhí)行時間與調用等待信號的時間之和為A/D轉換時間。

如果A/D轉換時間小于處理中斷時間與等待信號所需的時間之和，則可以用第三種方法。如圖3所示，前兩步(①②同以上兩種方法)結束后，驅動程序接著在一個軟件循環(huán)中等待(③)ADC直到完成轉換。在循環(huán)等待時，驅動程序檢測ADC的狀態(tài)(BUSY)信號。如果等待時間超過設定的定時值(軟件定時)，則結束等待循環(huán)(循環(huán)等待超時)。如果在循環(huán)等待中，檢測到ADC發(fā)出轉換結束的信號(BUSY)時，驅動程序讀取ADC轉換結果(④)并將結果返回到應用程序(⑤)。

驅動程序偽代碼如下：

ADRd(ChannelNumber){

選擇要讀取的模擬輸入通道;

等待A M U X 輸出穩(wěn)定;

啟動A D C 轉換;

啟動超時定時器;

while (ADC Busy Counter??0);/* 循環(huán)檢測 */

if (Counter==0){

*err=信號錯誤;

return;

} else {

讀取ADC 轉換結果并將其返回到應用程序 ;

}

}

A/D 轉換速度快，這種驅動程序的實現是最好的。

4.2 C8051F015單片機A/D模數轉換器

再來簡單介紹一下C8051F015單片機A/D模數轉換器的配置及特點。

在C8051F015 單片機中，ADC的轉換時鐘周期至少在400ns，轉換時鐘應不大于2MHz。一般在啟動ADC之前都要處于跟蹤方式，而ADC一次轉換完成要用16個系統(tǒng)時鐘。另外，在轉換之前還要加上3個系統(tǒng)時鐘的跟蹤/保持捕獲時間，所以完成一次轉換需19個ADC轉換時鐘(9.5μs)。圖1中的方法簡單，轉換時間在ms級以上，一般用于變化慢的模擬輸入信號，不適用于C8051F015。

圖2中的方法，為了減少μC/OS-II內核調用ISR所用時間，ISR一般都用匯編語言編寫。從程序1中ISR偽代碼可以看出，盡管ISR用匯編語言編寫，代碼效率高，但μC/OSII調用ISR的時間與調用等待信號時間之和大于A/D的轉換時間，所以C P U用于ISR 和循環(huán)檢測的開銷大。圖3 所示的方法顯然適合于C8051F015 單片機。其優(yōu)點是：可以獲得快速的轉換時間;不需要增加一個復雜的ISR;轉換時信號改變時間更短;C P U 的開銷小;循環(huán)檢測程序可被中斷，為中斷信號服務。

4.3 A/D驅動程序的編寫

外設驅動程序是實時內核和硬件之間的接口，是連接底層硬件和內核的紐帶。編寫驅動程序模塊應滿足以下主要功能：① 對設備初始化;② 把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據;③ 讀取應用程序傳送給設備的數據和回送應用程序請求的數據;④ 監(jiān)測和處理設備出現的異常。

A/D轉換電路作為一個模擬輸入模塊，μC/OS-II內核應把它作為一個獨立的任務(以下稱為ADTask())來調用。A/D驅動程序模塊流程如圖4所示。ADInit()初始化所有的模擬輸入通道、硬件ADC以及應用程序調用A/D模塊的參量，并且ADInit()創(chuàng)建任務ADTask()。ADTb1 [ ]是一個模擬輸入通道信息、ADC硬件狀態(tài)等參數配置以及轉換結果存儲表。ADUpdate()負責讀取所有模擬輸入通道，訪問ADRd()并傳遞給它一個通道數。ADRd()負責通過多路復用器選擇合適的模擬輸入，啟動并等待ADC轉換，以及返回ADC轉換結果到ADUpdate()。

在μC/OS-II 實時內核下各原型函數、數據結構和常量的定義如下。

INT16S ADRd(INT8U ch);

/* 定義如何讀取A/D，A/D必須通過AIRd()來驅動 */

void ADUpdate(void);

/* 一定時間內更新輸入通道 */

void ADInit(void);

/* A/D 模塊初始化代碼，包括初始化所有內部變量(通

過ADInit()初始化ADTb[])，初始化硬件A/D(通過ADInitI())及創(chuàng)建任務ADTask() */

void ADTask(void data);

/* 由ADInit()創(chuàng)建，負責更新輸入通道(調用ADUpdate()) */

void ADInitI(void);

/* 初始化硬件A/D */

AD_TaskPrio：設置任務ADTask()的優(yōu)先級。

AD_TaskStkSize：設置分配給任務ADTask()的堆棧大小。

AD_MaxNummber ：AMUX 的輸入通道數。

AD_TaskDly：設定更新通道的間隔時間。

AD ADTb1[AD_MaxNummber]：AD 類型的數組(AD 是定義的數據結構)。

4.4 總結

對于A/D轉換器接口電路驅動程序的編寫歸納出以下幾點：

① 在決定采用具體的驅動方案之前，分析設備接口電路的特點，尤其是了解設備的配置和特點;

② 對于處理速度快的設備，可能出現CPU的處理速度與設備處理速度不匹配，一般的設備中不帶有FIFO緩沖區(qū)，須在內存中開辟緩沖區(qū);

③ 在應用程序讀取設備之前，一定要初始化硬件(調用初始化函數)，合理定義硬件的信息和狀態(tài)變量;

④ 不同的外設配置、環(huán)境、轉換精度等都會影響到設備驅動的設計，要對各個不同的外設進行具體分析。

5. 結束語

在μC/OS-Ⅱ下沒有統(tǒng)一的設備驅動接口，對硬件的控制和管理是通過函數來實現的。設備的初始化、設備的讀寫和控制對應各自的函數，實現各自的功能。μC/OS-Ⅱ下開發(fā)設備的驅動程序，應該考慮到具體硬件的特征和配置情況，對不同的外設情況選擇最佳的硬件控制和管理方法。