多任务型嵌入式车载终端系统的发展效果

　　0 引言

　　实时操作系统μC/OS-Ⅱ具有任务、时间、内存管理等功能，它是基于优先级调度的抢占式嵌入式实时操作系统，其内核可以任意裁减，移植比较简单，并且能够提供各类功能函数如信号量、邮箱队列等，实现多个任务之间的通信，适用于实时性要求较高的场合。本文利用ARM嵌入式处理器，结合GPRS和GPS技术设计了一款嵌入式车载监控终端系统，系统采用 μC/OS-Ⅱ 嵌入式操作系统，能满足车辆监控终端的设计要求^[1]。

　　1 软件总体设计

　　本终端系统硬件主要由中央处理器、GPS 接收机、GPRS 无线通信模块、电源模块等部分组成，实现导航定位、通话、报警和远程通信等功能。

　　系统软件采用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统，软件采用分层设计，具体包括底层硬件驱动层、中间嵌入式操作系统层和应用程序接口层，以及顶层应用层，整个系统体系结构如图1所示。

　　软件设计步骤：①进行μC/OS-Ⅱ操作系统的移植;②在此基础上设计各个硬件电路所需要的驱动程序;③进行中断处理程序ISR和各项任务的设计;④利用嵌入式操作系统提供的功能函数创建信号量、消息、邮箱等，最终实现各个任务之间的通信，从而达到控制整个嵌入式系统终端运行的目的。

　　1.1 任务设计

　　依据嵌入式终端系统所要求的功能，划分如下几个任务：①系统监视任务;②GPS采集任务;③GPS数据处理任务;④键盘输入任务;⑤显示器显示输出任务;⑥串行口收发任务;⑦GPRS通信任务;⑧短信任务以及报警任务。

　　另有3个中断服务程序ISR：①定时中断服务程序;②串口接收中断服务程序;③外部中断服务程序。

　　图1 μC/OS-II软硬件体系结构

　　1.2 优先级设计

　　为了有效利用系统资源，共设计20个不同的优先级，最低优先级OS_ LOWEST_ PRIO 的值设为19，除去系统保留7个优先级外，本系统提供给用户可以使用的优先级个数为12 个[2-3]。

　　在系统所有任务设计中，由于涉及到车辆安全，实时性要求比较高，所以把报警任务、GPS任务都设计为与中断服务程序ISR相关联。GPS和GPRS通信任务是比较重要的任务，所以优先级别设计较高，而键盘输入任务和显示输出任务实现人机对话功能，实时性要求不高，优先级可以较低，所以各个任务从高到低的优先级设计如下：

　　监控任务⑥—报警任务⑦—串口收发任务⑧—GPS信号采集任务⑩—GPRS通信任务—短信任务—键盘任务—显示输出任务。

　　1.3 任务间的同步与通信

　　系统任务中，串口中断任务与 GPS任务间的通信是利用消息邮箱实现的，使用OSMboxCreat()函数创建一个邮箱，在串口中断任务程序中通过调用OSM boxPost()函数发送信息到邮箱， GPS任务通过调用函数OSMboxPend()接收邮箱中的消息，邮箱接收到OSMboxPend()函数的消息后，启动GPS任务，GPS任务对内存缓冲数据进行解析和处理，之后将解析处理的数据块放入一个共享缓冲区，然后调用事件标志组发送函数OSFlagPend发送置位信号。

　　GPS任务和定时器ISR决定GPRS任务能否进入就绪状态，本设计中利用OS_FLAG_GRP事件标志组启动GPRS任务 ^[4]，具体步骤是：①利用OSFlagCrea函数创建一个事件标志组：Flag_Gprs=OSFlagCreat(0x00，&err);②在GPS任务中调用事件标志组发送函数，给Flag_Gprs第1标志位发置1信号：OSFlagPost(Flag_Gprs，0x01，OS_FLAG_SET，&err);③在定时中断中调用事件标志组发送函数，给2标志位发信号量1：OSFlagPost(Flag_Gprs，0x02，OS_FLAG_SET，&err);④在GPRS任务中调用事件标志组等待函数：OSFlagPend(Flag_GpS，0x03，OS_FLAG_WAIT_SET_ALL+OS_FLAG_CONSUME，0，&ERR)。

　　当两个信号量都为1时，表示GPS 任务和定时中断都有信号到来，由于等待列表中任务的等待类型为OS_FLAG_ SET_AND，经过逻辑与运算后为1，启动GPRS任务，GPRS任务对共享缓冲区的数据块进行处理后打包，向上位监控中心发送定位信息数据;当两个信号量有一个为0时，GPRS 任务会一直等待事件的到来。等待时间可以设置，防止因为等待事件没有发生而无限期地等待。GPS任务、GPRS任务和ISR之间通信如图3所示。

　　GPS任务生成定位数据块在共享缓冲区，由显示输出任务和GPRS发送任务使用，由于是共享资源，设计了一个互斥信号量，当有任务需要访问共享缓冲区时，必须调用OSMutexPendJ( )获得互斥信号量才能访问共享数据块，访问结束后，通过调用OSMutexPost()释放该信号量，便于其它任务访问。

　　2 应用程序设计

　　2.1 主程序设计

　　系统启动后，首先执行主函数，初始化ARM硬件，然后启动μC/OS-II操作系统，通过OSTask Create()调用函数创建启动任务，最后调用函数OSStart()，执行启动任务。

　　2.2 启动任务设计

　　启动任务时首先创建各分任务， 然后建立通信工具完成任务间通信，调用OSSemCreate()、OSM-boxCreate()、OSMutexCreate()等相关函数，创建信号量邮箱等通信工具，代码如下：

　　void TaskStart(void*pdata)

　　{ OS_ENTER_CRITICAL( ); /*关闭中断*/

　　//设置uC/OS-II时钟中断向量

　　OS_EXIT_CRITICAl。( ); /*开中断*/

　　OSStatlnit(); /*初始化统计任务*/

　　//系统硬件初始化

　　Timerlnit(); /*初始化定时器*/

　　LCDlnit(); /*初始化LCD*/

　　GPSlnit(); /*初始化GPS*/

　　GPRSlnit(); /* 初始化GPRS*/

　　//创建其他任务

　　Sem=OSSemCreate(0);

　　SemX=OSMutexCreate(2，&err);/*创建信号量*/

　　Mbox=OSMboxCreate((void*)0);/*创建邮箱*/

　　Flag_Gprs = OSFlagCreate(0，&error);

　　OSTaskDel(OS _PROI_SELF); /*删除自己*/

　　}

　　2.3 其它任务

　　本系统任务较多，这里主要介绍GPS采集任务TaskGPS()和GPRS通信任务TaskGPRS()。

　　GPS任务采用串口中断方式，首先OSSemCreate函数创建信号量Gpssem= OSSemCreate(0)，

　　串口中断服务子程序向GPS任务发送同步信号量OSSemPost(Gpssem);

　　GPS任务通过调用函数 OSSemPend(Gpssem，0，&error)获取串口中断服务子程序发出的信号量，在获得[专业提供教育论文写作的服务，欢迎光临]该信号量之后，对串口数据进行分析处理，将处理后的数据放入一个共享缓冲区。显示任务和GPRS任务通过调用OSMutexPendJ()函数获得互斥型信号量来对共享数据区进行访问，读取数据后，调用函数OSMutexPost()释放该信号量。

　　GPRS任务等待读取GPS任务，定时器ISR给事件标志组对应标志位发置1信号，GPRS任务就绪，在收到置位信号后得到CPU控制权，调用相应的函数对共享缓冲区的定位数据进行处理打包，之后向监控中心发送数据信息，任务流程如图2、图3所示^[5]。

　　3 结语

　　本文设计的GPR/GPRS 车载终端系统，利用嵌入式操作系统μC/OS-II提供的信号量、邮箱和事件标志组实现任务间通信和同步。实验表明该系统具有性能稳定、可靠性高、成本低、易于扩展等特点，实现了对车辆的实时监控。

　　图2 TaskGPS程序流程 图3 TaskGPRS程序流程

　　参考文献：

　　\[1\] 李仁波，朱伟兴.基于ARM7的温室灌溉智能测控仪的设计[J].仪表技术与传感器，2009，6(4)：18-20.

本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/ruanjianjishu/230009.html