基于μCOS-II的VG2以太網(wǎng)和USB接口設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件部分通過在VG2中嵌入實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS一Ⅱ來實(shí)現(xiàn)。在μC／OS一Ⅱ平臺上分別對各個接口進(jìn)行多任務(wù)的控制。

3．1 μC／OS-Ⅱ移植

　　μC／OS一Ⅱ是一個完整、可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核。如果只保留其最核心的代碼，則可壓縮到3 KB。將μC／OS-Ⅱ移植到VG2微處理器上需改寫與硬件相關(guān)的匯編語言。具體改寫內(nèi)容如下所示：

　　(1)改寫OS_CPU．H中部分函數(shù)

　　#define OS_TASK_SW() asm("swi 7")，通過軟件中斷指令來實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的任務(wù)切換函數(shù)：#defi-neOS_ENTER_CRITICAL()asm("clrl3")，#define OS_EXIT_CRITICAL asm("set 13")，通過對SR狀態(tài)寄存器的中斷控制位設(shè)置實(shí)現(xiàn)使能或禁止操作系統(tǒng)響應(yīng)中斷請求；#define OS_STK_GROWTH 1，定義VG2的堆棧由高到低。

　　(2)改寫OS_CPU_C．C中部分函數(shù)

　　OSTaskStkInit()為任務(wù)棧結(jié)構(gòu)的初始化函數(shù)。VG2響應(yīng)中斷請求信號后，將當(dāng)前寄存器值按先入后出的順序壓入堆棧。

　　OSTaskStkInit()按照壓入堆棧順序?qū)Ω魅蝿?wù)棧初始化。

　　OSStartHighRdy()函數(shù)跳轉(zhuǎn)到所有處于就緒狀態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)開始運(yùn)行。操作系統(tǒng)首先得到最高優(yōu)先級任務(wù)棧的指針，然后從任務(wù)棧中彈出所有寄存器值，實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。

　　OSCtxSw()是任務(wù)級的任務(wù)切換函數(shù)。swi 7(軟件中斷)的中斷向量指向該函數(shù)。當(dāng)需要任務(wù)切換時，首先該函數(shù)將當(dāng)前任務(wù)寄存器值壓入堆棧。然后將當(dāng)前任務(wù)任務(wù)棧指針保存到任務(wù)控制塊中。最后判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)，并彈出其任務(wù)棧內(nèi)容，開始運(yùn)行。

　　OSTickISR()為操作系統(tǒng)提供一個周期性的時鐘源。VG2的定時器0被設(shè)定成第20 ms發(fā)出一個時鐘中斷信號，中斷向量指向該函數(shù)。首先該函數(shù)保存當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)，并將全局變量OSTime遞增1。然后判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)．并彈出其任務(wù)棧內(nèi)容，開始運(yùn)行。

　　OSIntCtxSw()為系統(tǒng)執(zhí)行中斷后任務(wù)調(diào)度函數(shù)。系統(tǒng)在中斷響應(yīng)后執(zhí)行該函數(shù)判斷出最高優(yōu)先級任務(wù)，然后彈出其任務(wù)棧內(nèi)容，開始運(yùn)行。

3．2以太網(wǎng)接口的TCP／IP協(xié)議移植

　　由于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ是一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，本身沒有集成TCP／IP協(xié)議棧，所以需要移植合適的TCP／IP協(xié)議棧。LwIP協(xié)議棧是適用于8位、16位、32位微處理器嵌入式系統(tǒng)的一個小型TCP／IP協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)了ARP、TCP、UDP、IP這些最基本的協(xié)議。LwIP可以看作是為系統(tǒng)提供的函數(shù)，通過它來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收。LwIP允許有多個網(wǎng)絡(luò)接口，每個網(wǎng)絡(luò)接口都對應(yīng)一個structnetif，而且都包含相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口的屬性和收發(fā)函數(shù)。其中netif->input()指向IP層的接收函數(shù)ip_input()，netif->output()指向ne2k_send_packet()驅(qū)動程序中的發(fā)送函數(shù)。驅(qū)動程序可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的接收、發(fā)送、初始化以及中斷處理。本設(shè)計(jì)中采用中斷方式來接收數(shù)據(jù)，使用VG2的外部中斷INT6，在VG2的中斷向量表中可以按照如下定義：

3．3 USB接口的PTD協(xié)議移植

　　VG2與ISP1161之間以PTD(Philips Transfer Des criptor)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通信。PTD數(shù)據(jù)提供了USB通信的相關(guān)信息，如指令、狀態(tài)和USB數(shù)據(jù)包等。VG2中PTD數(shù)據(jù)的物理存儲介質(zhì)是微處理器的系統(tǒng)RAM。對于ISP1161，存儲介質(zhì)為內(nèi)部FIFO緩沖區(qū)RAM。ISP1161可使用PTD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義一塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，使其與USB終端設(shè)備進(jìn)行通信。VG2設(shè)立這個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)采存放當(dāng)前幀(1 ms幀)。每幀傳送的承載數(shù)據(jù)必須包含一個PTD作為傳輸頭，以描述傳輸特性。PTD數(shù)據(jù)一般為DWORD(雙字或4字節(jié))格式。

　　PTD數(shù)據(jù)頭為8個字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含了ISP1161的傳輸類型、裝載數(shù)據(jù)的發(fā)送位置、裝載數(shù)據(jù)的實(shí)際大小、傳輸速度、傳輸對象等。當(dāng)傳輸執(zhí)行完畢后。其內(nèi)部會作相應(yīng)的改變，在PTD數(shù)據(jù)頭中表征了本次傳輸結(jié)果．包括傳輸發(fā)生的錯誤信息等。

3．4部分程序流程

　　本設(shè)計(jì)采用的操作系統(tǒng)是實(shí)時操作系統(tǒng)，可以同時支持以太網(wǎng)通信和USB設(shè)備數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)能獲得很高的效率和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

　　本文采用RTL8019AS通過TCP／IP協(xié)議規(guī)范及LwIP,實(shí)現(xiàn)了VG2的TCP／IP協(xié)議棧，通信波特率可達(dá)到10Mb/s。同時采用Philips公司的ISP1161，實(shí)現(xiàn)VG2的USB主／從控制接口擴(kuò)展，符合USB1．1規(guī)范，通信速率可達(dá)到1．5Mb／s。該設(shè)計(jì)用于所研制的數(shù)字化家居智能控制器，通過以太網(wǎng)、USB和其他接口，將家用電器、家庭安防、門禁、四表自動抄表、有線電視網(wǎng)、電話和寬帶網(wǎng)系統(tǒng)等獨(dú)立單元的家居設(shè)施跨平臺有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)／近程操作控制和數(shù)據(jù)存儲與交換。