65110字硕士毕业论文单片机嵌入式实时操作结构的研究与开发价值
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：65110字
论点：移植,中断,单片机
论文概述：
本文是GCT在职硕士论文，主要深入研究μC/OS-II系统和MC9S12XS128单片机硬件结构的基础上成功实现了 μC/OS-II 在 MC9S12XS128 单片机上的移植，并将 μC/OS-II 应用于智能车系统中。
论文正文：
第1章线程理论
过去，在开发不复杂的产品时，通常不使用嵌入式实时操作系统，而是使用前端和后端系统来设计软件系统。在该系统下，应用程序被设计成一个无限循环，其中调用相关函数通过查询某些标志位来处理相应的问题，这被称为后端行为。中断服务子程序用于处理异步事件。在中断程序中，一些标志位被标记以指示某些事件的发生，或者一些问题在中断中被直接处理。中断处理被称为前台行为。前端和后端行为也可以分别称为任务级和中断级。时间依赖性强的关键操作必须由中断服务……完成。但是，如果中断程序中提供的信息要传输到后台任务级，它必须通过程序一步一步地运行，并且由中断引起的问题将不会被处理，直到后台功能针对与中断相关的问题执行，否则问题将在中断期间被处理。这种前端和后端系统的实时性能非常差。如果中断引起的问题对整个系统非常重要，但这些问题长时间没有得到响应，整个系统将会产生难以想象的后果。
……
第二章μC/OS-ⅱ实时操作系统的体系结构和内核分析
2.1μC/OS-ⅱ
自1998年引入μC/OS-ⅱ以来，μC/OS-ⅱ系统的性能和功能不断提高。已经发布了许多不同的版本，其中2.52、2.76和2.86相对稳定，2.52已经成为学习μC/OS-II的经典版本。自2.62版以来。在μC/OS-ⅱ中添加了C文件，以查看系统的相关运行状态和配置信息。自2.80版以来，μC/OS-II支持的最大任务数从64个升级到254个，寻找最高优先级任务的算法也发生了很大变化。自2.81版以来，μC/OS-II系统增加了定时器模块，使系统更加完善。自2010年5月以来，Micrium发布了基于第三代内核[25，26]的最新版本2.91，μ C/OS-III。μC/OS-ⅱ主要有以下特点[27-29]: (1)便携性。由于μC/OS-II是用C语言编写的，除了一小部分代码是用与中央处理器相关的汇编语言编写的以外，移植性很强，从表2.1可以看出它的优秀移植性。(2)还原性。μC/OS-II内核提供了许多系统功能组件，可以根据应用程序的需要进行配置。
2.2 μC/OS-II内核架构
μC/OS-II内核架构由大量文件组成。以2.86版本为例，如图2.1所示，μC/OS-II架构主要包括核心代码(独立于中央处理器)、配置代码(与应用程序相关)和迁移代码(与中央处理器相关)[30]。(1)核心代码包括10 C源文件和头文件，分别用于内核管理、任务管理、延迟管理、信号量管理、互斥管理、消息邮箱管理、消息队列管理、事件标志组管理、动态内存管理和定时器管理。头文件用于设置内部函数的参数。这部分代码与中央处理器无关。因为不同版本的μC/OS-II有不同的功能，所以这部分代码会有一些不同。(2)配置代码部分包含两个头文件，分别用于配置μC/OS-II内核的功能和包含文件。操作系统_CFG。h文件主要用于根据应用程序的需要配置和裁剪μC/OS-II内核。INCLUDES。h文件用于包含整个项目中使用的头文件。(3)移植代码部分由三个与中央处理器相关的文件组成:头文件、汇编文件和C文件。这三个文件是μC/OS-ⅱ移植到不同的中央处理器时的主要文件。第四章将进行详细的分析。
第三章HCS12X系列微控制器架构.............................................23
3.1微控制器概述...........................................23
3 . 1 . 1 HSC 12X系列单片机简介..............................23 [/BR/] 3.1.1 HSC12X系列单片机命名规则............................25
3.2 MC 9s 12xs 128单片机体系结构................................25
第4章移植......................................................31
4.1 μC/操作系统二移植概述.........................................31
4.2μC/OS-ⅱ移植可行性分析.............................................31
4.3 μC/操作系统二移植到MC9S12XS128的实现……32
第五章μC/OS-ⅱ在智能车辆系统中的应用..............................46
第五章μC/OS-II在智能车辆系统中的应用
5.1概述
随着嵌入式系统和智能技术的快速发展，智能产品已经渗透到我们生活的每个角落。智能汽车是集嵌入式、智能、机械和自动控制于一体的高科技智能产品。过去，智能车辆系统的设计大多是在“裸机”条件下进行的。它不仅开发周期长，容易出错，难以维护，而且对外部事件的响应速度慢。在嵌入式实时操作系统下开发应用程序不仅使应用程序设计简单，开发周期短，而且系统具有较高的稳定性、可靠性和安全性[40]。本章主要设计了基于μC/OS-ⅱ和MC9S12XS128单片机的智能车辆系统。
5.2智能车辆硬件设计
在这个硬件系统中，电源管理非常重要，因为不同的部件需要不同的工作电压，MC9S12XS128微控制器的工作电压为5V，COMS图像传感器的工作电压为2.7V~3.6V，电机驱动芯片的工作电压为7.2V，舵机的工作电压为6V，光电编码器的工作电压为5V。为了满足不同电压的供电要求，并且各设备之间互不干扰，硬件系统在各模块之间采用独立的电源。使用7.2V蓄电池直接向电机驱动芯片供电，然后在向其他电力需求模块供电之前，对7.2V进行降压和稳定。在7.2V电源和转向机电源引脚之间连接几个连续降压二极管，为转向机获得稳定的6V电源。调压器LM2576用于降低7.2V电源的电压，并将电压稳定在5V，供单片机使用。电路原理图如图5.2所示。对于图像传感器的电源，由于其工作电压为2.7V~3.6V，LM1117-3.3稳压器用于降低5V电压，并将其稳定在3.3V，为图像传感器供电。其电路原理图如图5.3所示。
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结论与展望
在深入研究μC/OS-ⅱ系统和MC9S 12X 128微控制器硬件结构的基础上，成功实现了μC/OS-ⅱ在MC9S 12X 128微控制器上的移植，并将μC/OS-ⅱ应用于智能车辆系统。本课题的研究完成了以下几个方面:(1)深入研究了μC/OS-II的内核结构、工作原理、源代码和移植方法。详细分析了μC/OS-ⅱ中任务管理与调度、任务同步与通信、中断与时钟节拍的原理，掌握了移植方法。(2)深入研究了HSC12X系列单片机MC9S 12X 128的结构体系、内外资源、存储空、中断机制及其工作环境CodeWarrior，为μC/OS-ⅱ在MC9S 12X 128上的移植奠定了基础。(3)分析了μC/OS-ⅱ迁移的可行性。根据迁移需求，编写并测试迁移代码。实现了μC/OS-ⅱ在MC9S12XS128上的成功迁移。(4)将μC/OS-ⅱ应用于智能车辆系统，分别设计了智能车辆的软硬件。在μC/OS-ⅱ系统平台上详细划分了应用任务，实现了基于μC/OS-ⅱ的智能车辆设计。与没有操作系统的智能车相比，智能车运行稳定，响应灵敏。
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参考文献(省略)