1、uC/OS-II 实践教学平台设计与应用 肖瑞来 台州职业技术学院电气信息学院 摘 要： 本文介绍了 uC/OS-II 实践教学平台设计要点, 并通过该平台实现了交通灯的控制应用仿真。平台设计要点是扩展了 51 单片机的外部数据存储器及相对应的KEIL 应用配置参数的设置。关键词： uC/OS-II; 51 单片机; 实践教学平台; 作者简介：肖瑞来 (1963) , 男, 黑龙江牡丹江人, 台州职业技术学院副教授, 研究方向:嵌入式系统。收稿日期：2017-10-21Received： 2017-10-211. 问题的提出u C/OS-II 是一种开源实时内核, 其中绝大部分源码是用移植性很
2、强的 ANSIC写的, 同硬件密切相关的部分代码是用汇编语言编写的, 它具有可固化、可剪裁、可剥夺、多任务等特点, 提供了邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请和释放、时间相关函数等很多的系统服务, 自问世以来已经有好几百个商业应用, 具备坚实的稳定性和可靠性, 而且可以在绝大多数 8 位、16 位32 位以至 64 位微处理器上运行, 因此很多高等院校选择它作为嵌入式实时操作系统原理和应用等相关课程教学。经典的 u C/OS-II 内核是基于 X86CPU 的移植版本, x86CPU 已不适合作为嵌入式处理器使用, 51 单片机依然是高等院校嵌入式系统相关课程教学的典型微控制器, 因
3、此建立基于 51 单片机和 u C/OS-II的实践教学平台是嵌入式操作系统应用开发课程实践教学的基础。2. 教学平台硬件设计由于 51 单片机的硬件资源特别是内部 RAM 只有 256B, 因此, 按照 u C/OS-II移植版本的设计要求, 适当扩展外部 RAM 空间就可以实现。平台应用硬件电路如图 1 所示, 其中平台部分硬件由 AT89C51 单片机最小系统加外部扩展 RAM (6264) 相关接口电路及 PROTEUS 仿真仪器虚拟终端组成。平台系统占用单片机资源:P2 口作为高 8 位地址线 A15-A8, P0 口作为低 8 位地址线和 8 位数据线 A7/D7-A0/D0。定时
4、器 0 用于产生 u C/OS-II 时钟节拍及占用相应的定时器中断资源。P3.1 用于串行发送信号, P3.6、P3.7 作为 WR 和 RD 信号线。其它单片机硬件资源可用于应用设计使用。外部 RAM 的存储空间地址:0000H-1FFFH 共 8KB。单片机片内 ROM 程序存储空间为 16KB。可满足大部分系统应用。3. 软件开发环境及其设置本文介绍了 PROTEUS 和 KEIL 软件及 51 单片机的 u C/OS-II 移植版本构成仿真实践教学平台, 该平台的最大特点是实现了应用系统的仿真运行, 教学平台效果直观高效。在教学内容上采用基于项目化的教学, 精选不同层次的、由简单到复
5、杂的应用题目, 同时注重比较和分析传统的前后台式设计及基于 u C/OS-II 内核的应用设计上不同的特点, 在教学实践中收到较好的效果。基于 KEIL 集成开发环境的设置方法: (1) 创建工程, 目标 (Target) 选项设置 (Code Rom Size:Large64KB program 和 Memory Model:Large Variables in XDATA) 。 (2) 将 u C/OS-II51 单片机移植内核的UCDOS_II.C、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM 等模块加入到工程中。 (3) 修改STARTUP.A51 文件中的相关参数设置 (定义外部
6、RAM 地址范围:起始地址 0000H, 存储器容量 2000H, 使能可重入函数仿真堆栈 XBPSTACK=1, 堆栈栈顶指针为1FFFH+1, 即 XBPSTACKTOP=01FFFH+1) 。 (4) 最后再添加用户应用模块, 生成HEX 文件即可。图 1 教学平台应用硬件电路图 下载原图4. 实践教学平台应用示例本文介绍的平台可以完全实现基于 u C/OS-II 单片机应用设计, 注重典型外围设备控制, 下面通过交通灯控制系统设计来说明平台使用方法。假设交通灯控制系统要求: (1) 定时控制两个方向的交通控制, (2) 并具有非常交通管制。电路原理图如图 1 所示。硬件接口设计:P1.
7、2-P1.4 控制东西向红、黄、绿灯;P1.5-P1.7 控制南北向红、黄、绿灯。INT0 和 INT1 分别连接外部中断触发电路, 实现非常交通控制。软件设计:用户应用由主函数及两个外部中断服务程序等组成。程序代码略。教学实践证明, 该平台完全可以用于基于 u C/OS-II 单片机应用系统设计, 具有电路设计便捷, 程序设计、仿真调试方便等特点。参考文献1JEAN J.LABROSSE, u C/OS-II:源码公开的实时嵌入式操作系统M.北京:中国电力出版社, 2001. 2周润景.基于 PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M.北京:北京航空航天出版社, 2006:5. 3任哲.嵌入式实时操作系统 u C/OS-II 原理及应用:第 2 版M.北京:北京航空航天大学出版社, 2009:10.
