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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。
...................

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。

[3]

参考文献(省略)