1 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

　　系統(tǒng)使用的主芯片是ADI公司Blackfin系列DSP中的BF533，這是一款專門面向視頻應(yīng)用的DSP，擁有豐富的外設(shè)接口和較好的系統(tǒng)擴展性。本系統(tǒng)利用BF533的PPI接口采集數(shù)字圖像，利用芯片的EBIU總線，擴展SDRAM和網(wǎng)絡(luò)芯片。BF533工作在600MHz頻率，單個芯片即可完成對運動目標(biāo)跟蹤和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。基于BF533的嵌入式系統(tǒng)的外圍電路主要可分為三個部分：圖像采集部分，網(wǎng)絡(luò)傳輸部分，存儲器部分。系統(tǒng)硬件框圖如圖1：

　　圖1 系統(tǒng)硬件框圖

　　圖像采集電路部分采用了TI公司的TVP5150A型視頻解碼芯片，它將NTSC/PAL/SECAM制式的視頻信號轉(zhuǎn)換成8bits的ITU-656格式，并按照YCbCr格式以4:2:2的比例轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，支持兩路模擬輸入，解碼芯片通過I2C串行接口編程。

　　存儲器部分BF533的存儲結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的4GB尋址空間。同步存儲器、異步存儲器、外設(shè)存儲空間和片內(nèi)存儲器全部統(tǒng)一映射在4GB的空間。BF533支持四塊連續(xù)的異步存儲空間，每塊空間大小為1MB，地址從0x20000000到0x20400000，由相應(yīng)的AMS0-AMS3引腳選擇使能。本系統(tǒng)使用的是ST公司的M29W系列FLASH，大小1MB。由AMS0片選使能，映射在BF533的塊異步存儲空間。

　　IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”。原文為：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

　　國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計  嵌入式Web技術(shù)

　　算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

　　2 ucos-ii的移植

　　ucos-ii是一種具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)，而且是公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧。其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。內(nèi)核可編譯至2KB，適合小型控制系統(tǒng)。與CPU 硬件相關(guān)的部分用匯編語言編寫，其他絕大部分代碼采用C語言編寫。ucos-ii在硬件平臺上的移植主要分為兩大步驟：ucos-ii中與處理器相關(guān)的程序的修改、應(yīng)用程序的添加。

　　我知道在UC/OS-ii的操作系統(tǒng)中有三個文件是關(guān)于移植的文件，它們分別是：OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM 、OS_CPU_C.C。OS_CPU.H 頭文件定義了數(shù)據(jù)類型、處理器堆棧數(shù)據(jù)類型字長、堆棧增長方向、任務(wù)切換宏和臨界區(qū)訪問處理。OS_CPU.C用戶任務(wù)創(chuàng)建時，需要調(diào)用 OSTaskStkInit 初始化任務(wù)堆棧，任務(wù)堆棧用于在發(fā)生任務(wù)上下文切換時保存被調(diào)度的任務(wù)寄存器內(nèi)容。OS_CPU.C 用戶任務(wù)創(chuàng)建時，需要調(diào)用 OSTaskStkInit 初始化任務(wù)堆棧，任務(wù)堆棧用于在發(fā)生任務(wù)上下文切換時保存被調(diào)度的任務(wù)寄存器內(nèi)容。在談及OS_CPU_A.S時，我們必選先討論一下后綴S和ASM。如果我們使用的編譯軟件環(huán)境是IAR那么我們選擇的后綴是ASM，文件名格式是OS_CPU_A.ASM。如果使用的是RealView MDK軟件環(huán)境，那么其后綴應(yīng)該是S。該文件是關(guān)于一些中斷的匯編語言

　　2.1 ucos-ii與嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)

　　所有的嵌入式操作系統(tǒng)都是與CPU密切相關(guān)的，做移植前需要熟悉被移植CPU平臺的硬件架構(gòu)和ucos-ii的運行原理，圖2是ucos-ii與本嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)。

　　圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　2.2 基于BF533的ucos-ii的移植

　　移植ucos-ii需要理解處理器及C編譯器的技術(shù)細節(jié)。處理器和編譯器滿足了ucos-ii的要求，并且已經(jīng)有了必要工具。移植工作通常包括以下幾個內(nèi)容：

　　A 用#define設(shè)置一個常量的值（OS_CPU.H）；

　　B 聲明10個數(shù)據(jù)類型（OS_CPU.H）；

　　C 用#define聲明三個宏（OS_CPU.H）；

　　D 用C語言編寫六個簡單的函數(shù)（OS_CPU_C.C）；

　　E 編寫四個匯編語言函數(shù)（OS_CPU_A.ASM）；

　　針對不同的CPU平臺，移植ucos-ii的過程也會有稍許不同。在本系統(tǒng)中，移植過程大致分為兩大部分：1）修改部分文件使ucos-ii與DSP能夠?qū)崿F(xiàn)良好的接口（主要指ucos-ii對DSP硬件架構(gòu)的支持）；2）添加針對嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺的初始化及驅(qū)動代碼。

　　 2.2.1 針對BF533的ucos-ii的代碼修改

　　 由于BF533是基于MSA（微信號架構(gòu)）的16位定點DSP，為了能與ucos-ii數(shù)據(jù)處理單位統(tǒng)一，需要在OS_CPU.H文件中設(shè)置BF533的數(shù)據(jù)單元長度。部分宏定義代碼如下：

　　 typedef bool BOOLEAN;

　　 typedef signed char INT8S;

　　 typedef signed short int INT16S;

　　 typedef signed int INT32S;

　　另外在OS_CPU.H文件中還需設(shè)置幾個堆棧的參數(shù)如堆棧的增長方向、堆棧的操作單位等。BF533支持的是自頂向下的堆棧增長方式，即堆?？臻g從高地址向低地址增長。這三個函數(shù)在ucos-ii中十分重要，前兩個是為了保證一些重要函數(shù)或任務(wù)運行中的數(shù)據(jù)不會被改變（即通常所說的代碼臨界段），第三個是用于ucos-ii的任務(wù)切換，在ucos-ii中要求任務(wù)的切換就好象是剛發(fā)生過中斷一樣。在本系統(tǒng)中首先假設(shè)申請切換的任務(wù)已經(jīng)把相關(guān)的寄存器變量等參數(shù)保存，并將堆棧指針指向了優(yōu)先級高的任務(wù)。這樣任務(wù)切換函數(shù)就只需要完成中斷返回操作。

　　在文件OS_CPU_A.ASM中還需要編寫幾個匯編函數(shù)來實現(xiàn)ucos-ii的時鐘節(jié)拍、正常任務(wù)切換、中斷級任務(wù)切換、初始化任務(wù)堆棧等功能。

　　在ucos-ii中，我們可以把時鐘節(jié)拍TICKS比做是它的心臟節(jié)拍。TICKS為系統(tǒng)提供了一個時間基準(zhǔn)并為各個任務(wù)提供了時間等待等服務(wù)。本系統(tǒng)使用BF533的定時器來完成系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的功能。系統(tǒng)TICKS設(shè)定的是100mS。以下是部分初始化定時器的匯編代碼：

　　_CoreTimerInit:

　　p1.H = （ TCNTL 》16 ）； //設(shè)置時間控制寄存器

　　p1.L = （ TCNTL &0xFFFF ）；

　　r3 = 1;

　　[ p1 ] = r3;

　　p1.H = （ TCOUNT 》16 ）； //裝載計數(shù)值

　　p1.L = （ TCOUNT &0xFFFF ）；

　　[ p1 ] = r1;

　　p1.H = （ TCNTL 》16 ）； //開啟定時器

　　p1.L = （ TCNTL &0xFFFF ）；

　　r1 = 0x07;

　　[ p1 ] = r1;

　　_CoreTimerInit.end:

　　除增加上述功能函數(shù)外，在ucos-ii啟動代碼的程序中加入BF533的一些必須的初始化程序如CPU頻率的設(shè)定等， ucos-ii就可以在本系統(tǒng)上運行起來。

　　2.2.2 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)在ucos-ii中的系統(tǒng)驅(qū)動程序添加

　　ucos-ii移植完成后，嵌入式系統(tǒng)要實現(xiàn)應(yīng)有的功能還需要添加一些外圍電路的驅(qū)動程序如：Blackfin系列DSP支持存儲空間的DMA操作，為了充分發(fā)揮BF533的硬件優(yōu)勢，本系統(tǒng)專門建立一個文件DMA_TRANS.C實現(xiàn)多個存儲空間的DMA操作的初始化配置，以方便各個任務(wù)實現(xiàn)其功能調(diào)用。以下就是實現(xiàn)網(wǎng)卡芯片DMA存儲操作的部分配置文件：

　　void init_dma（LAN91C111_DATA ＊d）

　　｛dev =d; // 為LAN91C11設(shè)置一個全局靜態(tài)變量，實現(xiàn)對它的數(shù)據(jù)訪問

　　SET_SHORT（（dev->DstStreamBaseAddr+OFFSET_CONFIG），（unsignedshort）0x0）；

　　// 對目標(biāo)地址的配置清零

　　SET _SHORT（（dev->SrcStreamBaseAddr+OFFSET_CONFIG），（unsigned short）0x0）；

　　//對源地址的配置清零

　　dma_mask_en（1）； //將SIC控制寄存器的相應(yīng)DMA傳輸位置1。｝

　　2.3 基于ucos-ii和監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)程序添加

　　在ucos-ii中系統(tǒng)的各個應(yīng)用程序被當(dāng)成是任務(wù)，每個任務(wù)被分配一個優(yōu)先級，ucos-ii支持的任務(wù)數(shù)可在OS_CFG .H文件中指定。ucos-ii可以管理多達64個任務(wù)，并從中保留了四個優(yōu)先級和四個優(yōu)先級的任務(wù)供自己使用，所以用戶可以使用的只有56個任務(wù)。因為ucos-ii不支持相同優(yōu)先級的任務(wù)，所以每建立一個任務(wù)就需要為任務(wù)分配一個優(yōu)先級并建立一個獨立的堆?？臻g。

　　本智能監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對運動目標(biāo)的跟蹤監(jiān)控和將原始數(shù)字圖象轉(zhuǎn)化為BMP格式并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送現(xiàn)場圖片的功能。在ucos-ii中分配了兩個任務(wù)優(yōu)先級0和1給對運動目標(biāo)的跟蹤和網(wǎng)絡(luò)傳輸。本系統(tǒng)在對運動目標(biāo)跟蹤任務(wù)中采取的策略是：每當(dāng)任務(wù)完成跟蹤，就使自己進入掛起狀態(tài)，直到每秒定時到后，在時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序中喚醒該任務(wù)使之處于就緒狀態(tài)。

　　嵌入式系統(tǒng)常用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，實時響應(yīng)要求很高，特別是在面向視頻應(yīng)用的系統(tǒng)中。嵌入式操作系統(tǒng)具有體積小、實時性好等優(yōu)點。嵌入式操作系統(tǒng)ucos-ii就是基于任務(wù)優(yōu)先級搶占的嵌入式實時操作系統(tǒng)。