μC/OS-Ⅱ内核及其在纸币识别器上应用的研究

论文摘要

随着电子技术,通信技术的快速发展,以及互联网的广泛应用,嵌入式系统逐渐成为计算机行业的热点。随着人们对于信息产品功能要求的不断提高,基于单片机裸机的嵌入式系统已经越来越不能满足市场的需求。金融设备纸币识别器作为嵌入式系统应用的典型代表,同样迫切需要实时操作系统（RTOS）的引入。本文首先介绍了嵌入式系统和实时操作系统的概念,比较了几种时下流行的实时操作系统,并根据纸币识别器的特点选择μC/OS-Ⅱ作为我们研究和构建软件系统的对象。通过对μC/OS-Ⅱ内核的详细分析,包括任务管理和调度、中断和时钟、任务的同步与通信等,本章通过对μC/OS-Ⅱ内核的详细分析,包括任务管理和调度、中断和时钟、任务的同步与通信等,针对纸币识别系统中数据采集任务的性质,对该内核的调度机制提出了相应的改进,引入了基于优先级调度算法的时间片轮转调度机制。选用μPSD3233B微处理器和μC/OS-Ⅱ微内核来设计纸币识别器,根据微处理器的特点和系统功能的需要,设计了相应的硬件功能模块,并将μC/OS-Ⅱ移植到该硬件平台上,同时在应用层上根据系统功能进行了具体的任务划分和设计。对基于51单片机和μC/OS-Ⅱ的系统网络协议栈的定制作了进一步探索,选用RTL8019AS网络控制器作为网络接入设备,针对μC/OS-Ⅱ操作系统的特点,对源代码进行了一定的裁剪和改写,并列出了主要的数据结构和数据报处理流程,以及相关的主要系统函数,以实现最基本的Internet协议功能,为纸币识别器的直接网络接入打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统概述
• 1.2 嵌入式操作系统
• 1.2.1 嵌入式操作系统的概念及特点
• 1.2.2 目前流行的嵌入式操作系统
• 1.3 纸币识别器
• 1.3.1 纸币识别器概述
• 1.3.2 国内外相关技术研究现状与发展趋势
• 1.3.2.1 纸币识别器接入Internet
• 1.3.2.2 发展纸币识别器嵌入式软件开发平台技术的必要性
• 1.3.2.3 纸币识别器嵌入式软件开发平台需要RTOS的支持
• 第二章 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ内核研究
• 2.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ
• 2.2 μC/OS-Ⅱ系统结构
• 2.3 μC/OS-Ⅱ的任务管理和调度
• 2.3.1 μC/OS-Ⅱ的任务及其控制结构
• 2.3.2 μC/OS-Ⅱ的任务管理
• 2.3.3 μC/OS-Ⅱ的任务调度
• 2.4 μC/OS-Ⅱ的中断和时钟
• 2.4.1 μC/OS-Ⅱ的中断
• 2.4.2 μC/OS-Ⅱ的时钟
• 2.5 μC/OS-Ⅱ任务的同步与通信
• 2.5.1 μC/OS-Ⅱ中的事件和事件控制块
• 2.6 针对数据采集系统μC/OS-Ⅱ调度的研究与改进
• 2.6.1 调度
• 2.6.2 时间片轮转调度算法
• 2.6.3 问题的提出
• 2.6.4 进程调度算法的改进
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于μC/OS-Ⅱ的纸币识别接收器的设计
• 3.1 纸币识别接收器硬件设计
• 3.1.1 纸币识别接收器硬件系统原理框图和主要组成部分
• 3.1.2 纸币器硬件的功能需求
• 3.1.3 微控制器
• 3.1.4 输入输出电路
• 3.1.5 通信接口与电源模块
• 3.2 软件系统设计
• 3.2.1 μC/OS-Ⅱ在μ PSD3233上的移植
• 3.2.2 μC/OS-Ⅱ在移植中的问题
• 3.2.3 应用系统的设计
• 3.2.3.1 纸币识别接收器基本工作原理
• 3.2.3.2 系统任务的设计
• 3.2.4 芯片的配置、软件系统的编译和下载
• 3.3 本章小结
• 第四章 μC/OS-Ⅱ上的网络协议栈的设计
• 4.1 总体硬件结构
• 4.2 网络接口芯片RTL8019AS
• 4.2.1 RTL8019AS简介
• 4.2.2 单片机的口地址与RTL8019AS口地址之间的映射关系
• 4.2.3 RTL8019AS内部结构
• 4.3 网络协议栈的实现
• 4.3.1 总体结构
• 4.3.1.1 模块划分
• 4.3.1.2 协议输入处理流程
• 4.3.1.3 协议输出处理流程
• 4.3.2 基本数据结构
• 4.3.3 μC/OS-Ⅱ存储器缓存分配方法的设计
• 4.3.4 以太网模块
• 4.3.4.1 RTL8019收发帧格式
• 4.3.4.2 RTL8019AS驱动实现
• 4.3.5 地址解析协议
• 4.3.6 网际协议
• 4.3.7 网络控制报文协议
• 4.3.8 传输控制协议
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 下一步的研究计划
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要的研究成果
• 致谢