浅析μC/OS-Ⅱ设备驱动的设计与实现(2) 应用程序, 检测, 软件

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在这种方法里，要求ISR执行时间与调用等待信号的时间之和为A/D转换时间。
如果A/D转换时间小于处理中断时间与等待信号所需的时间之和，则可以用第三种方法。如图3所示，前两步(①②同以上两种方法)结束后，驱动程序接着在一个软件循环中等待(③)ADC直到完成转换。在循环等待时，驱动程序检测ADC的状态(BUSY)信号。如果等待时间超过设定的定时值(软件定时)，则结束等待循环(循环等待超时)。如果在循环等待中，检测到ADC发出转换结束的信号(BUSY)时，驱动程序读取ADC转换结果(④)并将结果返回到应用程序(⑤)。
驱动程序伪代码如下：
ADRd(ChannelNumber){
选择要读取的模拟输入通道;
等待A M U X 输出稳定;
启动A D C 转换;
启动超时定时器;
while (ADC Busy & Counter??0);/* 循环检测 */
if (Counter==0){
*err=信号错误;
return;
} else {
读取ADC 转换结果并将其返回到应用程序 ;
}
}
A/D 转换速度快，这种驱动程序的实现是最好的。
4.2 C8051F015单片机A/D模数转换器
再来简单介绍一下C8051F015单片机A/D模数转换器的配置及特点。
在C8051F015 单片机中，ADC的转换时钟周期至少在400ns，转换时钟应不大于2MHz。一般在启动ADC之前都要处于跟踪方式，而ADC一次转换完成要用16个系统时钟。另外，在转换之前还要加上3个系统时钟的跟踪/保持捕获时间，所以完成一次转换需19个ADC转换时钟(9.5μs)。图1中的方法简单，转换时间在ms级以上，一般用于变化慢的模拟输入信号，不适用于C8051F015。


图2中的方法，为了减少μC/OS-II内核调用ISR所用时间，ISR一般都用汇编语言编写。从程序1中ISR伪代码可以看出，尽管ISR用汇编语言编写，代码效率高，但μC/OSII调用ISR的时间与调用等待信号时间之和大于A/D的转换时间，所以C P U用于ISR 和循环检测的开销大。图3 所示的方法显然适合于C8051F015 单片机。其优点是：可以获得快速的转换时间;不需要增加一个复杂的ISR;转换时信号改变时间更短;C P U 的开销小;循环检测程序可被中断，为中断信号服务。
4.3 A/D驱动程序的编写
外设驱动程序是实时内核和硬件之间的接口，是连接底层硬件和内核的纽带。编写驱动程序模块应满足以下主要功能：① 对设备初始化;② 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;③ 读取应用程序传送给设备的数据和回送应用程序请求的数据;④ 监测和处理设备出现的异常。


A/D转换电路作为一个模拟输入模块，μC/OS-II内核应把它作为一个独立的任务(以下称为ADTask())来调用。A/D驱动程序模块流程如图4所示。ADInit()初始化所有的模拟输入通道、硬件ADC以及应用程序调用A/D模块的参量，并且ADInit()创建任务ADTask()。ADTb1 [ ]是一个模拟输入通道信息、ADC硬件状态等参数配置以及转换结果存储表。ADUpdate()负责读取所有模拟输入通道，访问ADRd()并传递给它一个通道数。ADRd()负责通过多路复用器选择合适的模拟输入，启动并等待ADC转换，以及返回ADC转换结果到ADUpdate()。
在μC/OS-II 实时内核下各原型函数、数据结构和常量的定义如下。
INT16S ADRd(INT8U ch);
/* 定义如何读取A/D，A/D必须通过AIRd()来驱动 */
void ADUpdate(void);
/* 一定时间内更新输入通道 */
void ADInit(void);
/* A/D 模块初始化代码，包括初始化所有内部变量(通
过ADInit()初始化ADTb[])，初始化硬件A/D(通过ADInitI())及创建任务ADTask() */
void ADTask(void data);
/* 由ADInit()创建，负责更新输入通道(调用ADUpdate()) */
void ADInitI(void);
/* 初始化硬件A/D */
AD_TaskPrio：设置任务ADTask()的优先级。
AD_TaskStkSize：设置分配给任务ADTask()的堆栈大小。
AD_MaxNummber ：AMUX 的输入通道数。
AD_TaskDly：设定更新通道的间隔时间。
AD ADTb1[AD_MaxNummber]：AD 类型的数组(AD 是定义的数据结构)。
4.4 总结
对于A/D转换器接口电路驱动程序的编写归纳出以下几点：
① 在决定采用具体的驱动方案之前，分析设备接口电路的特点，尤其是了解设备的配置和特点;
② 对于处理速度快的设备，可能出现CPU的处理速度与设备处理速度不匹配，一般的设备中不带有FIFO缓冲区，须在内存中开辟缓冲区;
③ 在应用程序读取设备之前，一定要初始化硬件(调用初始化函数)，合理定义硬件的信息和状态变量;
④ 不同的外设配置、环境、转换精度等都会影响到设备驱动的设计，要对各个不同的外设进行具体分析。
5. 结束语
在μC/OS-Ⅱ下没有统一的设备驱动接口，对硬件的控制和管理是通过函数来实现的。设备的初始化、设备的读写和控制对应各自的函数，实现各自的功能。μC/OS-Ⅱ下开发设备的驱动程序，应该考虑到具体硬件的特征和配置情况，对不同的外设情况选择最佳的硬件控制和管理方法。