基于uC/OS-II的低速率语音编码器系统设计 01 可扩展性, 实际应用, 源代码, 稳定性, 编码器

samwalton

引言
　　随着数字信号处理技术的发展，越来越多的应用于各行各业。但是，以往多数的DSP系统是基于流程图的设计方法，该方法设计的程序稳定性不高，流程中任意一个环节出错都将导致系统崩溃甚至死机。使用RTOS将对系统的稳定性有很大的改善。使应用模块化，可极大提高程序的可读性、可扩展性和可移植性。
TI公司的定点DSP处理芯片TMS320C54X是目前应用比较广泛的一种DSP芯片，具有功耗低、运行速度快等优点，适合低速率语音编码的应用。
　　uC/OS-II是一种免费应且源代码公开的实时内核，经过多年的实际应用，显示出强大的功能和巨大的商业价值。本文实现了uC/OS-II在TMS320C54X上的移植，并提出了在uC/OS-II的平台上的低速率语音编码器的系统设计方案。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 系统结构图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 任务状态转移图
uC/OS-II在TMS320C54X上的移植

　　要实现uC/OS-II的移植，主要改写以下三个文件
OS_CPU.H文件

　　包括定义数据类型、代码值界区的中断控制、堆栈增长方向变量、任务切换函数定义和变量声明。TMS320C54X中的堆栈数据类型为16位，定义为：
typedef unsigned int OS_STK
在TMS320C54X中所有的堆栈都必须用OS_STK声明。
　　RTOS在进入系统临界区之前必须关闭中断，退出临界区后再打开中断。uC/OS-II定义了两个宏来关闭/打开中断：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。
用OS_STK_GROWTH来设置，OS_STK_GROWTH为0表示堆栈从低地址向高地址递增；OS_STK_GROWTH为1表示堆栈从高向低地址递减，TMS320C54X中，堆栈地址是由高向低递减的。
　　在uC/OS-II中，OS_TASK_SW()用来实现任务切换。OS_TASK_SW()函数模拟一次中断过程，在中断返回时进行任务切换。
另外，还声明了一个8位变量，用来调用DOS的时钟节拍函数，在TMS320C54X中应该屏蔽掉。
OS_CPU_A.ASM文件
　　在此文件中，需改写函数：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()。
　　OSStartHighRdy(0)函数由Sstart()函数调用，功能是运行优先级最高的就绪任务。其过程为：获得优先级最高任务的TCB地址→设置堆栈指针→恢复任务环境→中断返回→运行新任务。在TMS320C54X中实现如程序列表1，其中，CONTEXT_RESTORE是将C54X中的寄存器出栈的宏定义，在此不再详述。
　　OSCtxSw()函数是一个任务级的任务切换函数。软中断向量指向此函数。在uC/OS-II中，如果任务调用了某个函数，而该函数的执行结果可能造成系统任务的重新调度，则在函数的末尾会调用OSSched()。OSSched()查找当前就绪最高优先级任务，如果不是当前任务，则找到该任务TCB的地址，并拷贝到变量OSTCBHighRdy中，然后通过宏OS_TASK_SW()执行软中断调用OSCtxSw()进行任务切换。变量OSTCBCur始终包含指向当前运行任务TCB的指针。在TMS320C54X中实现如程序列表2。
　　OSIntCtxSw()函数与OSCtxSw()函数类似，不同的是，OSIntCtxSw()函数进行中断级任务切换。中断可能引起任务切换，在中断服务程序的最后会调用OSIntExit()函数检查任务就绪状态，如果需要进行任务切换，则调用OSIntCtxSw()。值得注意的是，产生中断后，CPU寄存器会自动被保存，所以，在此函数中不再进行环境保存。在TMS320C54X中实现如程序列表3。
OS_CPU_C.C文件
　　在此文件中，只需修改OSTaskStkInit()函数。OSTaskStkInit()由任务创建函数OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()调用，用来初始化任务的堆栈。OSTaskStkInit()与调用它的函数有三个参数进行传递：任务代码起始地址(task)，参数指针(pdata)，任务堆栈顶地址(ptos)。为提高代码效率，此函数用汇编语言改写，在TMS320C54X中实现如程序列表4。(程序列表1~4，均见本刊网站 http://www.eaw.com.cn)
　　基于uC/OS-II的低速率语音编码器系统设计
　　本系统中，低速率语音编码器的功能有语音编码、语音解码、回波抵消、模拟接口、数字接口等。另外，为提高系统的稳定性，增加了空闲任务和监视任务。