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基于ARM芯片LPC2214和μCOS-II实现数字微波监控系统的设计

作者:雷速体育  来源:雷速体育  时间:2020-10-06 15:11  点击:

  随着嵌入式系统开发的普及和深入,在更加复杂的应用中传统软件开发手段难以满足需求,嵌入式操作系统在开发中扮演着越来越重要的角色,已经被广泛应用于手机、移动设备、网络设备和工控仿真等领域。嵌入式操作系统μC/OS-II源码是公开的,而且它是可移植、可固化、可裁减及可剥夺型的多任务实时内核,可用于各类8位、16位和32位系统的设计,该系统引入μC/OS-II之后,系统的开发效率得到提高,整个系统的健壮性得到增强,文中对软件设计应用中遇到的关键问题作了深入讨论并给出了相应的解决方案。

  微波通信是一种利用微波传输信息的通信手段,数字微波采用数字信号处理技术,利用微波信道传输数字信号,以下给出一种数字微波通信系统中监控系统的设计。由两个端站组成一条微波链路,每个端站含一个室内单元IDU(In-Door Unit)、一个室外单元ODU(Out-Door Unit)、连接室内单元和室外单元的同轴电缆、以及微波天线。本文主要讨论IDU监控部分CPU相关内容的软硬件设计。

  IDU组成框图如图1所示,主要由业务接口、辅助业务、复分接、微波帧分复接、中频调制解调、中频分合路器、电源、CPU及相关接口组成。

  主业务数据通过业务接口电路复接后,与公务、辅助数据信号等一起进入微波帧复接模块,复接成微波帧信号,由调制模块完成调制,通过中频分合路器送往ODU。从ODU送来的中频信号经过中频分合路器送往解调模块解调出数据,送到微波帧分接电路,分接出主业务、公务以及辅助数据信息,通过主业务接口电路分接出各支路主业务数据。CPU对所传输的业务数据进行监视和控制,监视所传数据的状态、性能等信息,可设置所传数据的各种参数,通过辅助业务接口可提取和插入各种控制信息。

  CPU采用PHILIPS公司的32位ARM芯片LPC2214,该芯片接口丰富,硬件设计时CPU相关接口完成功能如下:输入接口提供按键设置扫描电路,输出接口通过液晶、告警灯及蜂鸣器输出信息,通过I2C接口CPU可实现对串行E2PROM、时钟芯片的存取,CPU本身提供SPI接口,通过该接口实现本端与远端控制信息的交换。串行接口提供一种监控手段,可实现CPU与PC机的通信,完成状态读取和各种命令的设置,以太网接口通过扩展实现,通过以太网接口建立与网管中心的通信,可实现网络化的管理。OOK(On/Off—Keying)调制解调电路完成IDU与ODU之间的通信,通过该电路,IDU可对ODU进行设置发功率、收发频率、监视ODU的工作状态等。

  软件总体分为应用程序和μC/OS-II两部分,应用程序是用户代码部分,采用C语言编写,完成对整个系统的监控;μC/OS-II为一种嵌入式多任务实时操作系统,其大部分程序使用C语言编写,还有一小部分和处理器密切相关的代码使用汇编语言编写,μC/OS-II包括了三部分,即μC/OS-II核心代码、配置代码和移植代码。

  其中,核心代码:包括10个C程序文件和一个头文件,主要实现了系统调度、任务管理、内存管理、信号量、消息邮箱和消息队列等系统功能,而这些功能的实现与处理器类型无关。

  配置代码:包括2个头文件,用于裁剪和配置μC/OS-II,这部分代码根据用户的实际需求来配置μC/OS-II系统。

  移植代码:这部分主要包括1个汇编文件、1个C程序文件和一个头文件,这部分根据具体的处理器移植μC/OS-II系统的需要修改,它和处理器关系密切。

  根据实际的需要,应用软件划分为7个任务:液晶显示、按键接收和告警、时间标志处理、远端信息处理、数据处理、串口任务处理,如图2所示。

  (1) Task_LCD_OP:主要是处理菜单的显示,根据不同的菜单显示设备的相关信息,并且完成将设置数据保存到公共变量中。

  (2) Task_KEY:主要完成外部按键信号的扫描,按照不同的按键转换为不同的编码,并把其值保存到公共变量中。

  (3) Task_TIME_FLG:实现设置时间标志,以使其它任务完成定时任务,因为有许多的定时任务,所以设立了一个单独的任务来设置或取消时间标志。

  (4) Task_SPI_OP:通过SPI接口完成远端信息交换处理以及数据链路各接口环回等设置。

  (5) Task_DATA_OP:主要完成网络数据管理、AD转换、公务的控制,控制微波接口、时钟芯片的设置和读取,完成误码率的计算以及对串行E2PEOM存储芯片数据的存取。

  (6) Task_COMM1:主要是完成出串口与其它设备间通信数据的收发。

  经过分析和设计之后,就可以使用μC/OS- II所提供的函数创建任务,这里给出了如何创建液晶显示任务的实例,其它任务的创建与之类似,其过程如下:

  Task_LCD_OP是要创建的任务;(void *)0是传递给任务的参数,因为这里所创建的任务没有参数,所以其值为0;&LCDopreate[TaskStkLengh - 1]是分配给任务的堆栈,这在程序中是事先定义好的,最后一个数字8是分配给该任务的优先级。

  为了使整个系统的实时性能够得到满足,所以要以任务的紧迫性、关键性、频繁性和中断的重要性等为依据,对不同的任务安排不同优先级别。在系统优先级的分配上,μC/OS-II系统级保留了0和1,用户程序任务优先级从2开始,最低优先级定义为12。

  在该监控系统中,任务不同,对实时性要求也不同,通过定时任务来控制。定时任务划分为20ms到5s多个时间级别,在同一个任务中可以再定时地处理一些事务。其中,单独设置了一个任务Task_TIME_FLG来处理这些时间等级的划分和管理,由于它的运行涉及到其它任务的时间标志,是一个关键任务,所以必须将其运行优先级设置为用户程序的最高级别。系统中除了对设备进行设置外,其余时间主要通过串行接口进行信息交互,也是较为重要和紧迫的,这一工作由串口1来承担,所以在设置Task_COMM1的优先级次之;其次是Task_ODUCOMM0;Task_DATA_OP数据操作任务对实时性要求不高,级别随之降低;Task_SPI_OP任务因其数据量小,故不是紧迫任务;Task_KEY按键任务、Task_LCD_OP液晶显示是实现人机交互的,所以实时性要求也比较低。

  μC/OS-II调度的依据是任务就绪队列表,系统从处于就绪队列的任务中选择一个优先级最高的来运行,它可以管理多达64个任务。对于多任务的管理,μC/OS- II 是通过调度器完成。其中任务级的调度是由函数OSSched()完成, 而中断级的调度是由函数OSIntExiT()完成。

  本系统的任务中,Task_TIME_FLG时间标志处理任务优先级最高,运行也最频繁,它和其它任务切换是属于普通的任务切换,而Task_COMM1和Task_ODUCOMM0的任务切换是属于中断级的切换,只有在发生中断时才切换,正常运行时和普通任务的切换方式一样。其余任务的切换都作为普通切换方式处理。在任务切换过程中如果当前任务需要延时判断,为保证其它任务的正常运行,可通过调用函数OSTimeDly(2)挂起当前任务,其中键显部分有三级菜单,每一级菜单又有许多选项,为了提高按键扫描的实时性,在进入每一级菜单后必须调用该函数挂起当前任务,并扫描有无按键,如有则执行对应处理程序,没有按键则把自己挂起,直到有按键方可退出。μC/OS-II如此处理,程序不会死等,按键和菜单显示配合很协调,只要有按键就能得到及时处理。

  在ARM7体系的CPU中,最多可以有32个中断源。对每个具体的中断源,可以将其定义为快速FIQ中断,使其具有最高的优先级;也可以定义为向量IRQ中断,使其具有中等优先级,但向量IRQ的总数不能超过16个。μC/OS-II本身使用一个定时中断源作为系统节拍中断。

  μC/OS-II响应中断的过程:当系统接收到中断请求后,并且CPU处于中断开放状态,系统就会终止当前运行的任务,按照中断向量的指向运行中断服务子程序;当中断运行结束后,系统就会返回到被中止的任务继续运行,或者转向运行另一个更高优先级的就绪任务。

  本系统中使用了两个定时中断源、两个串口中断源、一个I2C中断源。μC/OS-II中断的设置和初始化由target.c中的TargetInit函数完成,通过该函数实现了串口、I2C和定时中断的初始化设置。其中VICInit实现过程如下,将中断服务子程序的地址写到相应的中断向量寄存器(VICVectAddrx),并从相应的中断向量控制寄存器(VICVectCntlx)选中相应的中断,将其启用。当CPU接收到中断请求就能找到对应中断服务程序的地址,并转到中断服务程序去运行。

  堆栈是依据“后进先出(LIFO)”原则组织的连续存储空间。为满足任务切换、响应中断以及存储任务私有数据的需要,每个任务都配有自己的堆栈。

  由于LPC2214的片内Flash是256KB,片内RAM是16KB,根据需要CPU没有扩展外部闪存,故要求代码精练,RAM分配一定要合理。尤其是在液晶显示任务中,由于显示的菜单项目较多,因此任务之间切换增加了RAM的需求。如果每个任务堆栈开辟过小,任务切换时就会出现私有数据丢失,堆栈溢出直至程序运行出错;反之堆栈设置过大,就会使内存RAM空间紧张,因此设置堆栈空间必须适中。本系统中开始设置显示任务堆栈大小为64个字,调试运行中发现进入多级菜单时会出现程序死锁的现象,扩大对应任务堆栈空间问题就得到解决。

  该系统需要建立ADS1.2集成仿真环境,使用了广州周立功单片机发展有限公司提供的专用工程模板。如果硬件没有扩展外部存储器,就使用LPC2100的工程模板;否则使用LPC2200的工程模板。在调试过程中选用DebugInFLASH模式烧写调试;软硬件调试完成,可选用RelInFlash模式烧写,后一种烧写方式会加密芯片,使之无法二次烧写;如果加密之后需要重新烧写芯片,就必须使用ISP进行解密之后方可烧写,调试程序时一定要注意这点。

  μC/OS-II应用于数字微波监控系统软件开发之后,系统的软件结构更加简洁实用,系统的实时性和稳定性得到提高,设备在实际应用中表现稳定可靠,并取得一定的经济效益,μC/OS-II在嵌入式系统中具有广泛的应用推广价值。

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  0是一款350 mA LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCV8720具有低IQ消耗。 NCV8720采用WDFN6 2 mm x 2 mm封装,可润湿侧面选项可用于增强光学检测。 类似产品: NCV8130 NCV8133 NCV8135 NCV8720 输出电流(A) 0.30 0.50 0.50 0.35 PSRR f = 1 kHz(dB) 65 70 73 65 压差电压(V) 0.075 0.140 0.053 0.110 Wettable Flank 否 否 是 是 特性 优势 Typ的超低压降。 110 mV 允许节省功耗,并以非常低的Vin-Vout电压工作。 固定输出电压选项从0.8 V到2.1 V 低压Vcore应用的最佳选择 典型的110 mV压降完整的350 mA负载。 最大限度地减少调节器的功率损耗 保证输出电流从0 mA到350 mA 高电流应用的最佳选择 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用程序 输出电流超过350 mA 应用 终端产品 Automot ive 电池供电...

  5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...

  NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

  5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...

  是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td

  60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...

  是一款线 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:

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  NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...

  38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...

  48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...

  0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图

  NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

  8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图

  是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...

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