μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的研究与应用
摘要
嵌入式系统在当今己经得到了广泛应用，而嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心，成为操作系统研究的一个重要的部分。本课题是以μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统内核为研究对象，并将其应用于化学发光检测系统，以μC／OS-Ⅱ操作系统作为整个化学发光检测系统软件的基础，根据应用需要和操作流程划分出不同任务，形成整个软件系统的构架，同时在多任务的基础上，调用底层的驱动函数，设计和实现整个化学发光检测系统软件的应用部分。
化学发光检测系统是一种利用化学发光技术进行检测的仪器，它是嵌入式技术和发光检测技术相结合的产物，该系统以S3C4480X作为主控制芯片，而以μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统作为软件基础，在μC／OS-Ⅱ多任务的机制上划分出任务，并在具体任务中完成应用的部分。本文的主要工作就是以围绕μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统在化学发光检测系统中具体的应用而展开。
本文首先详细分析了μC／OS-Ⅱ的内核，了解其工作原理，如：任务管理、任务间通信与同步机制及内存管理等。在深入了解μC／OS-Ⅱ操作系统工作原理的基础上，将它作为化学发光检测系统软件的核心，在其上进行相应的应用开发。
接下来将理论和实践相结合，根据μC／OS-Ⅱ操作系统的工作原理，按照操作和应用的需要，合理的划分系统软件的不同任务，利用μC／OS-Ⅱ多任务机制设计和构建整个软件构架。
最后将μC／OS-Ⅱ操作系统实际移植到化学发光检测系统的主控芯片S3C4480X上，然后进行实际的软件编程开发工作，按照系统构架的设计，调用底层驱动程序，完成整个项目应用部分的开发，控制和协调化学发光检测系统的检测和操作，更好的满足应用的需要。
目前该系统已经结束了前期的设计和开发阶段，正处于整机的测试阶段。系统基本达到了设计的最初的预期目的和要求，这也说明了作者所做研究和工作的合理性和正确性，但是还存在一些不足和需要改进的地方，文章最后对这些方面进行了阐述，提出了一些建议为下一步的开发和改进提供了有意义的参考。
Embedded system is widely used in many fields today, Embedded OperatingSystem which is the core of the Embedded system, has become an important branchof operating system. The purpose of this paper is to study how to use the EmbeddedReal-Time Operating System (RTOS), and its application in the chemical irradiancedetecting system. As the foundation of the whole chemical irradiance detectingsystem software, the operating system makes off different task and forms the truss ofthe whole software system, according to the need of the application and the flow ofthe operation. At the same time it transfers the rock-bottom drive functions on thebasis of multitask, and it designs and achieves the application part of the wholechemical irradiance detect system software.
Chemical irradiance detecting system is a detecting instrument making use ofchemical irradiance. It is the outcome of the combination of embedded technic andirradiance detecting technic. The system uses S3C44BOX as the main control chip andthe Embedded Real-Time Operating System (RTOS) as the foundation of systemsoftware, it plots the task on the mechanism ofμC/OS-Ⅱmultitask and accomplishesthe application part in concrete tasks. The main task of the paper is extended bysurrounding the concrete application of Embedded Real-Time Operating System inchemical irradiance detecting system.
Firstly, this paper analyses the core ofμC/OS-Ⅱparticularly, and then narrates itsprinciples, such as the management of task, the communications between tasks,synchronous mechanism and the memory management. On the basis of deepunderstanding about the principle ofμC/OS-Ⅱoperation system, it is made as the coreof chemical irradiance detecting system software, and develops correspondingexploitation.
Then, the paper combines the theory and the practice. According to the principleofμC/OS-Ⅱoperation system and the need of operation and application, it makesproperly system software into different tasks, designs and constructs the whole software truss making use of theμC/OS-Ⅱmultitask mechanism.
At last, it replantsμC/OS-Ⅱoperating system into S3C44BOX, the main controlchip of the chemical irradiance detecting system. Whereafler it carries out actualsoftware programming and transfers the rock-bottom driver according to thedesigning of the system truss. It accomplishes the exploitation of the application partsof the whole item. And it widely meets the needs of application via the control anddebugging of the chemical irradiance detecting system.
Now the system has finished prophase design and exploitation, and it's in thephase of testing. The system achieves the basic initial anticipations and needs, and italso shows the rationality and validity of the author's study and task. At the same time,there still are some shortages and somewhere that needs to be improved. At the end ofthe paper, it sets forth these aspects, and brings forward some advice which provideslots of significative reference for the next exploitation and improvement.
化学发光检测系统是一种利用化学发光技术进行检测的仪器，它是嵌入式技术和发光检测技术相结合的产物，该系统以S3C4480X作为主控制芯片，而以μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统作为软件基础，在μC／OS-Ⅱ多任务的机制上划分出任务，并在具体任务中完成应用的部分。本文的主要工作就是以围绕μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统在化学发光检测系统中具体的应用而展开。
本文首先详细分析了μC／OS-Ⅱ的内核，了解其工作原理，如：任务管理、任务间通信与同步机制及内存管理等。在深入了解μC／OS-Ⅱ操作系统工作原理的基础上，将它作为化学发光检测系统软件的核心，在其上进行相应的应用开发。
接下来将理论和实践相结合，根据μC／OS-Ⅱ操作系统的工作原理，按照操作和应用的需要，合理的划分系统软件的不同任务，利用μC／OS-Ⅱ多任务机制设计和构建整个软件构架。
最后将μC／OS-Ⅱ操作系统实际移植到化学发光检测系统的主控芯片S3C4480X上，然后进行实际的软件编程开发工作，按照系统构架的设计，调用底层驱动程序，完成整个项目应用部分的开发，控制和协调化学发光检测系统的检测和操作，更好的满足应用的需要。
目前该系统已经结束了前期的设计和开发阶段，正处于整机的测试阶段。系统基本达到了设计的最初的预期目的和要求，这也说明了作者所做研究和工作的合理性和正确性，但是还存在一些不足和需要改进的地方，文章最后对这些方面进行了阐述，提出了一些建议为下一步的开发和改进提供了有意义的参考。
Embedded system is widely used in many fields today, Embedded OperatingSystem which is the core of the Embedded system, has become an important branchof operating system. The purpose of this paper is to study how to use the EmbeddedReal-Time Operating System (RTOS), and its application in the chemical irradiancedetecting system. As the foundation of the whole chemical irradiance detectingsystem software, the operating system makes off different task and forms the truss ofthe whole software system, according to the need of the application and the flow ofthe operation. At the same time it transfers the rock-bottom drive functions on thebasis of multitask, and it designs and achieves the application part of the wholechemical irradiance detect system software.
Chemical irradiance detecting system is a detecting instrument making use ofchemical irradiance. It is the outcome of the combination of embedded technic andirradiance detecting technic. The system uses S3C44BOX as the main control chip andthe Embedded Real-Time Operating System (RTOS) as the foundation of systemsoftware, it plots the task on the mechanism ofμC/OS-Ⅱmultitask and accomplishesthe application part in concrete tasks. The main task of the paper is extended bysurrounding the concrete application of Embedded Real-Time Operating System inchemical irradiance detecting system.
Firstly, this paper analyses the core ofμC/OS-Ⅱparticularly, and then narrates itsprinciples, such as the management of task, the communications between tasks,synchronous mechanism and the memory management. On the basis of deepunderstanding about the principle ofμC/OS-Ⅱoperation system, it is made as the coreof chemical irradiance detecting system software, and develops correspondingexploitation.
Then, the paper combines the theory and the practice. According to the principleofμC/OS-Ⅱoperation system and the need of operation and application, it makesproperly system software into different tasks, designs and constructs the whole software truss making use of theμC/OS-Ⅱmultitask mechanism.
At last, it replantsμC/OS-Ⅱoperating system into S3C44BOX, the main controlchip of the chemical irradiance detecting system. Whereafler it carries out actualsoftware programming and transfers the rock-bottom driver according to thedesigning of the system truss. It accomplishes the exploitation of the application partsof the whole item. And it widely meets the needs of application via the control anddebugging of the chemical irradiance detecting system.
Now the system has finished prophase design and exploitation, and it's in thephase of testing. The system achieves the basic initial anticipations and needs, and italso shows the rationality and validity of the author's study and task. At the same time,there still are some shortages and somewhere that needs to be improved. At the end ofthe paper, it sets forth these aspects, and brings forward some advice which provideslots of significative reference for the next exploitation and improvement.
引文
[1] 马易得，刘映杰，张新国．嵌入式系统的现状及发展前景．《信息技术》，2001年第12期
[2] 朱巍．嵌入式实时操作系统及其应用．单片机与嵌入式系统应用，2002年第8期．
[3] 刘智成．一种嵌入式操作系统的实时性分析与改进研究：[硕士学位论文]．长沙：湖南大学，2004
[4] 刘丙成．μC／OS-Ⅱ内核分析及其平台的构建：[硕士学位论文]．呼和浩特：内蒙古工业大学，2005
[5] 宋寅卯，张青波．μC／OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植：微计算机信息，2005．21(4)：127～128
[6] 邵贝贝．嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ的应用与新发展，2003：2～5
[7] 石文昌，孙玉芳．安全操作系统研究的发展(上)．2002．29(6)：20～22
[8] 崔龙，周启明等．基于ARM的实时测控系统开发平台单片机与嵌入式系统应用．2003．(1)：47～50
[9] Arnold Berger. Embedded Systems Design An Introduction to Processes Tools and Techniques. 北京：电子工业出版社，2002．24～47
[10] 田泽．嵌入式系统开发与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005．561～562
[11] J．LABROSSE．μC／OS-Ⅱ源码公开的嵌入式实时操作系统，邵贝贝译．北京：北京航空航天大学出版社，2003．7 88
[12] J. LABROSSE. μC/OS-Ⅱ The Real-Time Kemel. USA: Lawrence,R&D Publications, 1992. 5～8
[13] 崔可明．μC／OS-Ⅱ的安全访问控制关键技术研究：[硕士学位论文]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005
[14] 赵昊彤，李荐民等．在μC／OS-Ⅱ下实现的嵌入式分布控制．计算机工程2001，27(12)：153～154
[15] 魏忠，蔡勇，雷红卫．嵌入式开发详解．北京：电子工业出版社，2003．108～124
[16] 王宜怀编著．单片机原理及其嵌入式应用教程．北京希望电子出版社，2002．
[17] Charles D.Knutson and Sam Carmichael. Verification and Validation for Embedded Software. Embedded System, 2001
[18] 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发．北京：清华大学出版社，2002．60～62
[19] 任哲．嵌如式实时操作系统μC／OS-Ⅱ原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005．1～15
[20] Dave Kleidermacher, Director of Product Engineering Green Hills Software, Inc. Santa Barbara, Calif. Proper RTOS designs can improve device security. EE Times,2002(4)
[21] 刘丙成，贾小铁．μC／OS-Ⅱ的移植问题探讨．计算机应用．2005，(12)：495～497
[22] 张建鹏．全自动化学发光免疫分析仪：[硕士学位论文]．天津：天津大学，2005
[23] 李丽娜．新型流动注射—化学发光体系的研究及其应用：[硕士学位论文]．重庆：西南大学，2006
[24] 马忠梅、马广云、徐英慧、田译．ARM嵌入式处理器结构与应用基础．北京航空航天大学出版社，2002：4～7
[25] Samsung Semi Inc. S3C44BOX User Manual. 2000. 1～10
[26] 周立功．ARM微控制基础与实战．北京：北京航空航天大学出版社，2003．391～408
[27] Micrium Technologies Inc. μC/GUI Version 3.26 Manual,2003. 12～15
[28] 胥静．嵌入式系统设计与开发实例详解．北京：北京航空航天大学出版社，2005．225～229
[29] 杜春雷．ARM体系结构与编程．北京：清华大学出版社，2004．11～16
[30] Leonard J. La padula. Rule-Set Modeling of a Trusted Computer System. URL:http://www.acsa-admin.org/secshelf/book001/
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[32] 陈卓，卫海鹏，赵宗涛，王小明，李竹林．信息系统中的访问控制技术研究．微机发展，2005．15(4)：10～108
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[40] 童鑫．μC／OS-Ⅱ的移植与堆栈改进：[硕士学位论文]．武汉：武汉理工大学，2006
[41] Allworth, S. T. Introduction to Real-Time Software Design. Macmillan,1995.
[42] Craig flollabaugh. Embedded Linux Hardware software and Interfacing.北京，电子工业出版社，2003
[43] MichaelJ.Pont. EmbeddedC. 北京，中国电力出版社，2003
[44] Jonathan W.Valvano. Embedded Microcomputer Systems Real Time Interfacing. 北京，机械工业出版社，2003
[45] 陈蜀喆．基于VxWorks嵌入式操作系统航行数据记录仪的设计和开发：[硕士学位论文]．武汉：武汉理工大学，2006
[46] www.uCOS-Ⅱ.com
[47] www.embed.com
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[46] www.uCOS-Ⅱ.com
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