Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

• Название: Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С
• Автор: Стивен Барретт
• Издательство: Издательский дом «ДМК-пресс»
• Жанр: Программирование
• Год: 2007
• ISBN: 5-9706-0034-2

В книге последовательно рассматриваются все этапы создания встраиваемых систем на микроконтроллерах с применением современных технологий проектирования. Задумав эту книгу, авторы поставили перед собой задачу научить читателя искусству создания реальных устройств управления на однокристальных микроконтроллерах.

Издание содержит материал, охватывающий все вопросы проектирования, включает множество заданий для самостоятельной работы, примеры программирования, примеры аппаратных решений и эксперименты по исследованию работы различных подсистем микроконтроллеров.

Данная книга является прекрасным учебным пособием для студентов старших курсов технических университетов, которые предполагают связать свою профессиональную деятельность с проектированием и внедрением встраиваемых микропроцессорных систем. Книга также будет полезна разработчикам радиоэлектронной аппаратуры на микроконтроллерах.

---

 initialize_stack(stack1);

 response = stack_empty(stack1); /*вызов по значению */

 response = stack_full(stack1);

 print_stack(stack1);

 push(&stack1, 11); /*вызов по ссылке */

 push(&stack1, 12);

 push(&stack1, 13);

 push{&stack1, 14);

 print_stack(stack1);

 pull(&stack1);

 pull(&stack1);

 pull(&stack1);

 pull(&stack1);

 pull(&stack1);

 fclose(outputfile); /*закрыть выходной файл */

}

/********************************************************************/

/*initialize_stack: установить указатель вершины стека в 0          */

/********************************************************************/

void initialize_stack(stack a_stack) {

 a_stack.stack_top=0; /*установить указатель стека в 0*/

}

/********************************************************************/

/*stack_empty: возвращает ДА если стек пуст, и НЕТ в противном случае */

/********************************************************************/

int stack_empty(stack a_stack) {

 fprintf(outputfile, "\n\nStack top: %d", a_stack.stack_top);

 if (a_stack.stack_top == 0) /*проверить не пуст ли стек*/

 {

  fprintf(outputfile, "\nStack Empty!");

  return YES;

 } else {

  fprintf(outputfile, "\nStack is not empty.");

  return NO;

 }

}

/********************************************************************/

/*stack_full: возвращает ДА если стек полон, и НЕТ в противном случае */

/********************************************************************/

int stack_full(stack a_stack) {

 if (a_stack.stack_top == 10) /*проверить не заполнен ли стек */

 { /*произвольный выбор предела стека */

  fprintf(outputfile, "\n\nStack Full!");

  return YES;

 } else {

  fprintf(outputfile, "\n\nStack is not full.");

  return NO;

 }

}

/********************************************************************/

/*print_stack: печать текущего элемента (на вершине стека)          */

/********************************************************************/

void print_stack(stack a_stack) {

 int i;

 if (!(stack_empty(a_stack)))/*проверить не пуст ли стек перед печатью*/

 { /*перейти к основанию стека перед печатью */

  for(i = a_stack.stack_top; i>=0; i=i-1)

fprintf(outputfile, "\nStack item: %d", a_stack.stack_item[i]);

 } else fprintf(outputfile,"\nCannot print - stack is empty!");

}

/********************************************************************/

/*push(stack *, int): запись элемента в стек                        */

/********************************************************************/

void push(stack *a_stack, int item) {

 fprintf(outputfile, "\n\nBefore push - stack pointer: %d",

  a_stack->stack_top);

 if (!(stack_full(*a_stack))) /*проверка заполнения стека*/

                              /* перед записью элемента*/

 {

  a_stack->stack_item[a_stack->stack_top] = item;

  fprintf(outputfile, "\nstack item after push: %d",

   a_stack->stack_item[a_stack->stack_top]);

 a_stack->stack_top = a_stack->stack_top + 1;

 fprintf(outputfile, "\nstacktop after push: %d",

  a_stack->stack_top);

 } else fprintf(outputfile, "\nCannot push - stack is full!");

}

/********************************************************************/

/*pull(stack *): извлечение элемента из стека                       */

/********************************************************************/

int pull(stack *a_stack) {

 int item;

 fprintf(outputfile,"\n\nBefore pull - stack pointer: %d",

  a_stack->stack_top);

 if (!(stack_empty(*a_stack))) /*проверка не пуст ли стек */

                               /*перед извлечением элемента*/

 {

  item = a_stack->stack_item[a_stack->stack_top-1];

  fprintf(outputfile, "\nstack item pulled: %d", item);

  a_stack->stack_top = a_stack->stack_top - 1;

  fprintf(outputfile,"\nstacktop after pull: %d",

  a_stack->stack_top); return item;

 } else fprintf(outputfile, "\nCannot pull - stack is empty!");

}

/********************************************************************/

Мы показали работу этого примера на рис. 8.12. После выполнения этой программы будет выдан следующий код:

Рис. 8.12. Запись в стек и извлечение из стека

Stack top: 0

Stack Empty!

Stack is not full.

Stack top: 0

Stack Empty!

Cannot print - stack is empty!

Before push - stack pointer: 0

Stack is not full.

stack item after push: 11

stacktop after push: 1

Before push - stack pointer: 1

Stack is not full.

stack item after push: 12

stacktop after push: 2

Before push - stack pointer: 2

Stack is not full.

stack item after push: 13

stacktop after push: 3

Before push - stack pointer: 3

Stack is not full.

stack item after push: 14

stacktop after push: 4

Stack top: 4

Stack is not empty.

Stack item: 0

Stack item: 14

Stack item: 13

Stack item: 12

Stack item: 11

Before pull - stack pointer: 4

Stack top: 4

Stack is not empty

stack item pulled: 14

stacktop after pull: 3

Before pull - stack pointer: 3

Stack top: 3

Stack is not empty.

stack item pulled: 13

stacktop after pull: 2

Before pull - stack pointer: 2

Stack top: 2

Stack is not empty,

stack item pulled: 12

stacktop after pull: 1

Before pull - stack pointer: 1

Stack top: 1

Stack is not empty.

stack item pulled: 11

stacktop after pull: 0

Before pull - stack pointer: 0

Stack top: 0

Stack Empty!

Cannot pull - stack is empty!

Несколько стеков. Обычно система микропроцессора содержит один стек. Этот стек объявляется внутри RAM, и процессор имеет несколько функций для объявления положения стека (LDS), записи данных (PUSH), извлечение данных из стека (PULL) и т.д. Кроме того, как мы уже рассказывали в главе 4, в процессор встроен целый ряд аппаратных функций, связанных стеком, таких, как сохранение данных программного счетчика и ключевых регистров. В операционной системе реального времени нам нужен будет стек для каждой задачи, в котором мы будем сохранять контекст. Следовательно, мы должны иметь несколько стеков для работы с системами ОСРВ. В этих случаях, мы используем понятия о стеке, рассмотренные в этом разделе. Мы могли бы легко объявлять дополнительные стеки, использовав приведенный выше код. Кроме того, таким же образом может работать любой из стеков, которые мы объявим.

На этом мы завершаем обзор основных конструкций, которые используются для реализации операционной системы в режиме реального времени. Мы теперь собираемся сместить акценты и обсудить дополнительные концепции ОСРВ в следующем разделе. Мы расстаемся с конструкциями и концепциями, чтобы описать, как программировать различные ОСРВ.

8.4. Основные понятия

Ранее в этой главе мы сказали, что ОСРВ — компьютерная операционная система, которая должна своевременно обрабатывать несколько событий при ограниченных ресурсах процессора. Наше исследование ОСРВ начинается с определения понятия задачи. Это потребует радикального изменения нашего понимания программ (сдвига парадигмы). При наличии в системе только одного последовательного процессора, мы можем рассматривать программу как последовательность шагов, которые процессор выполняет один за другим по определенному алгоритму. В ОСРВ, наша программа состоит из независимых, асинхронных (могущих появиться в любое время) взаимодействующих задач. И все они будут конкурировать за драгоценное (и ограниченное) время обработки. Наша программа состоит из механизмов, позволяющих следить за состоянием каждой задачи, планировать задачи для выполнения, и удостовериться, что каждая задача получает необходимую долю процессорного времени.

Мы начнем этот раздел, с получения хорошего описания того, что мы понимаем под задачей и как мы представляем ее в программе. Затем мы исследуем, как следить за состоянием каждой задачи и модифицировать его, используя блок управления задачами (task control block — TCB). Мы исследуем также, как отслеживается состояние другой системой информации, с помощью управляющих блоков устройства. Мы увидим, как диспетчер следит за состоянием всех задач и определяет, какая из задач является очередной. В заключение, мы также исследуем различные алгоритмы планирования, которые могут использоваться в ОСРВ.

8.4.1. Что такое задача?

Задача — это независимое, асинхронное действие, которое выполняется системой ОСРВ. Поскольку задачи асинхронны, мы не можем точно предугадать момент, когда они будут выполняться программой. Каждая задача может рассматриваться как маленькая, независимая программа, которая выполняет специфическое действие. Так как мы имеем несколько задач, конкурирующих за использование одного и того же процессора, задача должна иметь возможность сохранить контекст (ключевые значения регистров, счетчик программы, и т.д.). Эта информация резервируется на интервале выполнения другой задачи. Следовательно, каждая задача должна иметь свой стек для сохранения контекста. Даже если выполнение задачи прервано другой задачей, в конечном счете, его планируется завершить позднее.