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MCS-51系列單片機應用廣泛，在我國學(xué)習研究的人較多。使用C語(yǔ)言在單片機上開(kāi)發(fā)程序可提高開(kāi)發(fā)效率，目前針對該內核兼容單片機開(kāi)發(fā)的C語(yǔ)言編譯器有Keil、Tasking、Raisonance、IAR和Hi-Tech等，但這些都是商業(yè)化的產(chǎn)品，使用需要付費購買(mǎi)。使用專(zhuān)為單片機開(kāi)發(fā)的免費C語(yǔ)言編譯器SDCC(Small Device C Compiler)則是一個(gè)不錯的選擇。 由于技術(shù)和工藝的發(fā)展，各種MCS～51系列內核兼容的新型單片機不斷推出，除了運行速度提高，內部資源也逐漸豐富。例如，Silicon Labs公司推出的C8051F系列單片機，兼容8051內核，功能強大，運算速度快，處理能力強，為復雜軟件的運行提供了可能。 本文介紹了SDCC編譯器和FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統，在C8051F340上移植了FreeRTOS并使用SDCC編譯開(kāi)發(fā)了門(mén)禁系統。事實(shí)證明，使用免費的資源完全可以滿(mǎn)足某些系統的開(kāi)發(fā)需求。 1 SDCC編譯器和FreeRTOS簡(jiǎn)介 SDCC是Sandeep Dutta為8位微控制器設計的一個(gè)開(kāi)放源代碼、可編譯產(chǎn)生不同CPU的目標代碼、優(yōu)化的ANSI-C編譯器。當前版本的目標CPU是Intel公司的 MCS-51兼容系列微處理器芯片、Dallas公司的DS80C390系列、Freescale公司的HC08系列、Microchip公司的PIC系列和Atmel公司的AVR系列等。SDCC編譯器的代碼遵循GPL協(xié)議發(fā)布，可以免費使用。 FreeRTOS是為小型嵌入式系統開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放源代碼、免費的實(shí)時(shí)操作系統內核。其內核大部分使用C語(yǔ)言編程，具有高度的可移植性，目前已經(jīng)被移植到的處理器平臺超過(guò)19種。FreeRTOS操作系統商業(yè)應用免費，具有源碼公開(kāi)、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機上運行。FreeRTOS提供的功能包括任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號量、消息隊列、內存管理等功能，可基本滿(mǎn)足較小系統的需要。 2 FreeRTOS在C8051 F340中的移植和調試 FreeRTOS設計時(shí)就考慮了在各種平臺上的可移植性，內核大部分代碼使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，少數代碼使用相應平臺的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)并且這部分被壓縮到最小。 FreeR-TOS已經(jīng)被移植到各種微控制器上，在8051平臺上也有相應的移植代碼。從FreeRTOS網(wǎng)站下載得到的程序中，包含了一個(gè)在 C8051F120單片機上的移植版本。C8051F120和C8051F340單片機在硬件資源上的主要差別，如表1所列。 FreeRTOS對目標平臺硬件資源的要求不高，最后編譯的目標代碼量由所選配置選項決定。一般需要2 KBRAM和10 KB左右的ROM即可運行。由表1可以看出，二者的硬件平臺比較接近，因此移植工作量不大。針對C8051F120和C8051F340單片機硬件平臺的差別，將在C8051F120單片機上運行的FreeRTOS移植到C8051F340平臺上所做的工作包括：替換C8051F120CPU的頭文件，調整RAM范圍大小，修改外部晶振頻率，修改時(shí)鐘滴答數等。 修改的文件有FreeRTOS＼Demo＼ FreeRTOS的C8051F120平臺移植代碼中使用定時(shí)器2來(lái)產(chǎn)生系統所需的定時(shí)中斷。C8051F340和C8051F120的定時(shí)器2寄存器配置略有不同，port．c中的static void prvSetupTimerInterrupt(void)函數修改后內容如下： Silicon Labs公司提供了一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可方便地使用該IDE開(kāi)發(fā)C8051F系列單片機程序。該IDE支持多種第三方編譯工具，如Keil、 Raisonance、Tas-king、Hi-Tech、SDCC和IAR等，使用時(shí)只需安裝對應的軟件，然后設置編譯器的安裝路徑和編譯選項即可，如圖1所示。本文只對涉及SDCC的選項進(jìn)行說(shuō)明。 SDCC可從http：／／sdcc．sourceforge．net下載得到。本文使用的版本為sdcc-win32 2．8．0，具體安裝方法和步驟參考sdccman．pdf手冊。安裝完后，在C8051F340平臺上編譯FreeRTOS的SDCC選項，如表2所列。 3 在門(mén)禁系統中使用FreeRTOS FreeRTOS移植完成后，成功地在開(kāi)發(fā)的門(mén)禁系統中得到了應用驗證。該門(mén)禁系統實(shí)現的功能主要有：實(shí)現刷ID卡開(kāi)門(mén)，利用鍵盤(pán)輸入住戶(hù)號和密碼開(kāi)門(mén)，住戶(hù)數據使用GPRS服務(wù)通信實(shí)現數據遠程管理等。 硬件系統主要由C8051F340單片機、ID卡讀卡模塊、GPRS模塊、鍵盤(pán)／顯示模塊和存儲器模塊等組成，系統結構如圖3所示。 系統軟件上如果使用傳統的前后臺程序設計思路，則程序結構復雜，設計周期長(cháng)，測試困難。使用實(shí)時(shí)操作系統，可將系統按功能和設備依賴(lài)性的原則劃分為不同的任務(wù)，各個(gè)任務(wù)可以看作是并行執行，任務(wù)之間使用實(shí)時(shí)操作系統提供的API實(shí)現存儲器互斥訪(fǎng)問(wèn)和其他資源的同步等，可以較好地滿(mǎn)足該系統的需求。 根據系統的功能，建立3個(gè)任務(wù)：ID卡讀卡處理任務(wù)、鍵盤(pán)／顯示任務(wù)和GPRS數據通信處理任務(wù)。各個(gè)任務(wù)的功能如下： ①I(mǎi)D卡讀卡處理任務(wù)vIdTask。ID卡讀卡任務(wù)主要完成ID卡卡號的讀取和識別等功能，優(yōu)先級最高。 ②鍵盤(pán)／顯示任務(wù)vKeyDispTask。鍵盤(pán)／顯示模塊主要完成人機交互和日期的顯示，錯誤信息的提示等，優(yōu)先級次之。 ③GPRS數據通信處理任務(wù)vG-PRSTask。GPRS數據通信任務(wù)主要完成與管理端GPRS模塊的通信連接和GPRS協(xié)議數據的處理等，優(yōu)先級最低。 另外，GPRS模塊使用串行通信口與C8051F340通信，串口的接收程序采用中斷服務(wù)程序，不受操作系統的管理。當收到對應的信息時(shí)，向GPRS數據通信處理任務(wù)發(fā)送消息，GPRS數據通信處理任務(wù)再進(jìn)行處理。建立的三個(gè)任務(wù)都有可能同時(shí)讀寫(xiě)存儲器，因此建立一個(gè)互斥信號量，當需要操作存儲器時(shí)，先得到這個(gè)信號量，存儲器操作完畢后再釋放這個(gè)信號量。ID卡讀卡處理任務(wù)的代碼中互斥信號量的使用如下： 系統主函數主要完成硬件初始化，建立信號量、任務(wù)和各個(gè)任務(wù)的啟動(dòng)等。部分代碼實(shí)現如下： 4 結 論 使用SDCC編譯器和FreeRTOS操作系統等免費資源開(kāi)發(fā)系統程序，能夠減少工作量，降低開(kāi)發(fā)成本，具有很大的優(yōu)勢。SDCC編譯器應用靈活，配置方便，FreeRTOS經(jīng)過(guò)修改裁減后，代碼精簡(jiǎn)，結構緊湊，適合于小型嵌入式系統應用。作者在門(mén)禁系統中應用得到成功的驗證；但是SDCC和 FreeRTOS仍有許多缺點(diǎn)，如SDCC沒(méi)有IDE，編譯配置選項復雜，FreeRTOS提供的服務(wù)功能有限等。 |
