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MCS-51系列單片機應用廣泛，在我國學習研究的人較多。使用C語言在單片機上開發程序可提高開發效率，目前針對該內核兼容單片機開發的C語言編譯器有Keil、Tasking、Raisonance、IAR和Hi-Tech等，但這些都是商業化的產品，使用需要付費購買。使用專為單片機開發的免費C語言編譯器SDCC(Small Device C Compiler)則是一個不錯的選擇。 由于技術和工藝的發展，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實時操作系統，在C8051F340上移植了FreeRTOS并使用SDCC編譯開發了門禁系統。事實證明，使用免費的資源完全可以滿足某些系統的開發需求。 1 SDCC編譯器和FreeRTOS簡介 SDCC是Sandeep Dutta為8位微控制器設計的一個開放源代碼、可編譯產生不同CPU的目標代碼、優化的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協議發布，可以免費使用。 FreeRTOS是為小型嵌入式系統開發的一個開放源代碼、免費的實時操作系統內核。其內核大部分使用C語言編程，具有高度的可移植性，目前已經被移植到的處理器平臺超過19種。FreeRTOS操作系統商業應用免費，具有源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點，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管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理等功能，可基本滿足較小系統的需要。 2 FreeRTOS在C8051 F340中的移植和調試 FreeRTOS設計時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語言編寫，少數代碼使用相應平臺的匯編語言編寫并且這部分被壓縮到最小。 FreeR-TOS已經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網站下載得到的程序中，包含了一個在 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器2來產生系統所需的定時中斷。C8051F340和C8051F120的定時器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公司提供了一個集成開發環境(IDE)，可方便地使用該IDE開發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的選項進行說明。 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 在門禁系統中使用FreeRTOS FreeRTOS移植完成后，成功地在開發的門禁系統中得到了應用驗證。該門禁系統實現的功能主要有：實現刷ID卡開門，利用鍵盤輸入住戶號和密碼開門，住戶數據使用GPRS服務通信實現數據遠程管理等。 硬件系統主要由C8051F340單片機、ID卡讀卡模塊、GPRS模塊、鍵盤／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，測試困難。使用實時操作系統，可將系統按功能和設備依賴性的原則劃分為不同的任務，各個任務可以看作是并行執行，任務之間使用實時操作系統提供的API實現存儲器互斥訪問和其他資源的同步等，可以較好地滿足該系統的需求。 根據系統的功能，建立3個任務：ID卡讀卡處理任務、鍵盤／顯示任務和GPRS數據通信處理任務。各個任務的功能如下： ①ID卡讀卡處理任務vIdTask。ID卡讀卡任務主要完成ID卡卡號的讀取和識別等功能，優先級最高。 ②鍵盤／顯示任務vKeyDispTask。鍵盤／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，優先級次之。 ③GPRS數據通信處理任務vG-PRSTask。GPRS數據通信任務主要完成與管理端GPRS模塊的通信連接和GPRS協議數據的處理等，優先級最低。 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程序，不受操作系統的管理。當收到對應的信息時，向GPRS數據通信處理任務發送消息，GPRS數據通信處理任務再進行處理。建立的三個任務都有可能同時讀寫存儲器，因此建立一個互斥信號量，當需要操作存儲器時，先得到這個信號量，存儲器操作完畢后再釋放這個信號量。ID卡讀卡處理任務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、任務和各個任務的啟動等。部分代碼實現如下： 4 結 論 使用SDCC編譯器和FreeRTOS操作系統等免費資源開發系統程序，能夠減少工作量，降低開發成本，具有很大的優勢。SDCC編譯器應用靈活，配置方便，FreeRTOS經過修改裁減后，代碼精簡，結構緊湊，適合于小型嵌入式系統應用。作者在門禁系統中應用得到成功的驗證；但是SDCC和 FreeRTOS仍有許多缺點，如SDCC沒有IDE，編譯配置選項復雜，FreeRTOS提供的服務功能有限等。 |
