4 軟件系統(tǒng)設計
4.1 前后臺軟件設計方法的弊端
一般的嵌入式軟件系統(tǒng)的設計都是采用前后臺式的設計方法，前臺程序是一個無限循環(huán)，循環(huán)依次調(diào)用相應的函數(shù)來完成對應的操作，后臺是中斷服務程序，負責處理異步事件。這種設計方法在實際應用中存在三個缺陷：
一是中斷不能得到及時響應，處理時間過長，無法保證系統(tǒng)的實時要求。
二是當系統(tǒng)任務多時，要實現(xiàn)多個任務實時操作的常規(guī)方法是采用多級嵌套來實現(xiàn)多個任務并行處理，這就增加了軟件編寫的難度，同時降低了軟件系統(tǒng)的可靠性。
三是各任務之間信息交換困難。多任務在運行時，任務之間不可避免的有同步和互斥的情況發(fā)生。前后臺設計方法一般采用全局變量的方法來解決通訊問題，但任務多情況復雜時容易出錯，如果調(diào)用不當就會發(fā)生死鎖。
工程中設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個典型的多任務系統(tǒng)，并且要能夠響應多個外部信號，傳統(tǒng)的前后臺式的軟件設計方法已經(jīng)不能滿足工程的需要，因此設計中引入了uC/OS，采用了多任務式的軟件設計方法。
4.2 基于uC/OS的軟件設計
使用uC/OS設計軟件系統(tǒng)首先要實現(xiàn)uC/OS在硬件應用平臺上的移植，主要就是完成對OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM等幾個與處理器相關文件的改寫，使其能夠適應硬件和編譯環(huán)境的要求，選取的編譯器一定要能夠支持函數(shù)的重載，此次設計選取了IAR公司的IAR for MSP430 1.26A。另外在本次設計中，筆者將空閑任務修改為如下形式。
void OSTaskIdleHook (void)
{
  LPM3；/* Enter low power mode
}
這樣當系統(tǒng)進入空閑狀態(tài)時就會進入低功耗模式LPM3，從而充分發(fā)揮硬件低功耗的特性，這也體現(xiàn)了uC/OS應用的靈活性。
完成移植后就要根據(jù)工程要求合理劃分系統(tǒng)任務，確定任務間的通信機制以及各個中斷信號。設計中，我們將整個系統(tǒng)劃分為如下幾個部分：
任務1 數(shù)據(jù)采集及顯示
任務2 串口通訊
任務3 DS1302實時時鐘設定
外部中斷：多個外部鍵盤觸發(fā)中斷，用來喚醒不同的系統(tǒng)任務。
Timer中斷：一個timerA中斷，用來顯示系統(tǒng)時間。

 圖2系統(tǒng)軟件流程圖
任務1的功能是采集外部的模擬輸入信號，將采集到的數(shù)據(jù)通過一定的濾波算法和轉(zhuǎn)換處理后顯示在LCD上面，并將數(shù)據(jù)保存到一個數(shù)組里面。該任務是系統(tǒng)的最高優(yōu)先級任務，用郵箱CltMbox1和CltMbox2來控制，當任務開始的時候要等待郵箱CltMbox1或CltMbox2，如果沒有郵箱的釋放，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)到任務2執(zhí)行。如果有數(shù)據(jù)采集的外部鍵盤觸發(fā)信號產(chǎn)生，當按鍵時間超過1s時釋放郵箱CltMbox2，則系統(tǒng)開始循環(huán)執(zhí)行任務1，直到有外部停止中斷信號掛起CltMbox2才中止。如果按鍵時間小于1s則釋放郵箱CltMbox1，任務1循環(huán)執(zhí)行10次后釋放郵箱CltMbox1，然后進入等待狀態(tài)，直到再次有外部信號的觸發(fā)才開始執(zhí)行。任務1每次執(zhí)行后都要將自己掛起1s，這一方面為其他任務的執(zhí)行提供了時間，另一方面也是考慮到人眼的實際分辨能力，太快的LCD的刷新頻率是沒有意義的。
任務2實現(xiàn)的是串口通訊功能，主要是用來完成手持設備與上位機的數(shù)據(jù)交流，其執(zhí)行也是通過外部鍵盤的觸發(fā)信號來控制。當發(fā)送按鍵觸發(fā)后將會釋放一個郵箱SMbox，任務2在得到這個郵箱后將會把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，如果需要修改軟件的濾波算法或轉(zhuǎn)換公式的參數(shù)的話就要觸發(fā)鍵盤的接收鍵，任務2在得到相應的郵箱RMbox后將接收上位機的數(shù)據(jù)，改變對應的參數(shù)。
任務3是外部實時時鐘的設定任務，它是3個系統(tǒng)任務中優(yōu)先級最低的。在傳統(tǒng)的前后臺軟件設計方法中，如果將這個任務放到前臺系統(tǒng)中，其大量的耗時將降低系統(tǒng)的實時性，使得其它中斷任務得不到及時的響應，如果將其放到后臺處理，在中斷中調(diào)用過大的程序又會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但在uC/OS多任務的體系結構中卻很好的解決了這個問題。作為系統(tǒng)的最低優(yōu)先級的任務，任何處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級的任務都能打斷外部實時時鐘的設定，當在其他更高優(yōu)先級任務完成后，設定過程會在原先中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。在外部實時時鐘設定的過程中如果有數(shù)據(jù)采集觸發(fā)信號產(chǎn)生，任務1將進入就緒態(tài)，但是由于數(shù)據(jù)采集的過程非常的快，當任務1掛起1s的時候任務3將會再次得到系統(tǒng)的控制權，給我們的感覺就像在設定外部時鐘的同時又完成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和顯示，從而利用uC/OS提供的這種分時操作的功能，很好的解決了系統(tǒng)的實時性問題，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
時間顯示是系統(tǒng)中調(diào)用最多的任務，考慮到系統(tǒng)的功耗問題，設計中將時間顯示任務放到了TimerA的中斷里面來完成。通過外部鍵盤的觸發(fā)將開啟TmerA的中斷使能，LCD將開始顯示外部實時時鐘的時間。同樣通過鍵盤控制也可以關閉TimerA的中斷使能，這樣在沒有任何任務就緒的情況下，系統(tǒng)將進入空閑任務中，從而進一步降低了系統(tǒng)的功耗。
4.3系統(tǒng)升級擴展
為了滿足遠程數(shù)據(jù)采集處理的要求此系統(tǒng)可以與GSM MODEM聯(lián)合使用，以達到遠程無線傳輸數(shù)據(jù)的功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與GSM MODEM通過RS232通信，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)輸給GSM MODEM，然后再通過GSM MODEM發(fā)送到遠程的數(shù)據(jù)采集站。增加此功能的軟件修改十分簡單，只需將此功能作為一個獨立的任務添加到uC/OS中，通過鍵盤觸發(fā)來完成該任務的調(diào)用，而無需再對整個軟件系統(tǒng)的邏輯進行修改，這也體現(xiàn)了uC/OS模塊化軟件設計的優(yōu)勢。需要注意的是GSM MODEM的初始化過程時間較長，在這個過程中盡量不要有任務的切換，從而造成整個發(fā)送過程的失敗。有效的方法就是將GSM的發(fā)送作為最低優(yōu)先級的任務來處理，在沒有其它任務觸發(fā)后再調(diào)用該任務。
四、結論
uC/OS在手持數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成功應用為手持設備軟件系統(tǒng)的設計探索了一條新的道路。使用uC/OS設計嵌入式軟件克服了傳統(tǒng)的前后臺式的軟件設計方法的弊端，提高了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，使得軟件系統(tǒng)代碼模塊化，更進一步增強了系統(tǒng)升級擴展的能力。未來，在嵌入式系統(tǒng)軟件設計中uC/OS的應用領域必將變得更加的廣泛。
 
參考文獻
[1] Jean J.Labrosse著，邵貝貝譯．嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ（第2版）．北京航空航天大學出版社 2002.3．
[2] 魏小龍編著.MSP430系列單片機接口技術及系統(tǒng)設計實例.北京:北京航空航天大學出版社 2002 胡大可主編.MSP430系列單片機C語言程序設計與開發(fā).北京:北京航空航天大學出版社 2002 IAR Company，MSP430 Windows WorkBench，TEXAS INSTRUMENTS。1999 72～83