摘  要： 針對(duì)Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器平臺(tái),，成功移植μC/OS操作系統(tǒng)，并引入FatFs開(kāi)源軟件,，構(gòu)建了FAT32通用文件系統(tǒng),。以溫度采集與記錄系統(tǒng)為實(shí)例，通過(guò)對(duì)μC/OS操作系統(tǒng),、FAT文件系統(tǒng),、TF卡等相關(guān)技術(shù)的分析，實(shí)現(xiàn)了面向TF卡存儲(chǔ)媒介的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng),，將實(shí)時(shí)溫度按時(shí)間關(guān)系存儲(chǔ)至TF卡,。

　　關(guān)鍵詞： μC/OS-II；TF卡,；FatFs文件系統(tǒng)模塊

0 引言

　　隨著嵌入式微處理器功能的不斷增強(qiáng),，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于音頻、視頻,、故障記錄,、數(shù)據(jù)記錄等大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)簡(jiǎn)單的對(duì)存儲(chǔ)媒介按地址,、按字節(jié)的讀/寫(xiě)已然不能滿足人們的實(shí)際需求,。基于RTOS的存儲(chǔ)系統(tǒng)在宕機(jī),、斷電等異常發(fā)生時(shí),，可以保證數(shù)據(jù)的完整性以及能夠快速地恢復(fù)正常工作。為了與現(xiàn)行PC平臺(tái)共享數(shù)據(jù),，嵌入式系統(tǒng)迫切需要采用通用文件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的管理[1],。因此，本文以基于μC/OS操作系統(tǒng)的TF卡存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象,，具有很好的實(shí)際意義,。

　　本文基于μC/OS操作系統(tǒng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以PT100鉑電阻為溫度傳感器,、以STM32F107VCT6微處理器為核心的硬件平臺(tái),，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采集和實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，并在PC上顯示實(shí)時(shí)溫度以及將溫度數(shù)據(jù)按時(shí)間關(guān)系存儲(chǔ)至TF卡文件中,。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示,。

1 溫度傳感器

　　本文采用溫度傳感器PT100測(cè)溫。PT100是鉑熱電阻,，當(dāng)PT100在0℃時(shí)阻值為100 ?贅,，它的阻值會(huì)隨著溫度的增加呈規(guī)律性的變化。在-50℃~+600℃范圍內(nèi),，PT100具有其他任何溫度傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),。PT100驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示,。

　　在0≤t<65℃時(shí)，PT100鉑熱電阻阻值與輸出電壓V的關(guān)系為V=k×R+b,。在第一次使用PT100時(shí),，需要校準(zhǔn)PT100。校準(zhǔn)過(guò)程如下：

　?。?）在PT100插件處插上100 Ω電阻,，獲取AD值記為Vm。

　?。?）在PT100插件處插上125 Ω電阻,，獲取AD值記為Vn。

　?。?）根據(jù)數(shù)據(jù)（100,，Vm）和（125，Vn）求取k,、b系數(shù),。

　　（4）軟件實(shí)現(xiàn)將k,、b系數(shù)值存儲(chǔ)至EEPROM中,。

　　在使用PT100測(cè)試溫度時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)換的AD電壓值與k,、b系數(shù)獲取PT100阻值R,。然后利用式（1）求取溫度值：

　　T=sqrt（4×Pt_B×（R/Pt_R0）+Pt_A×Pt_A-4×Pt_B）-Pt_A）/（2×Pt_B）（1）

　　其中，Pt_A=0.003 908 3,，Pt_B=-0.000 000 577 5,，Pt_R0=100，單位為℃,。

2 μC/OS-II操作系統(tǒng)

　　μC/OS-II是以任務(wù)為核心的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，μC/OS-II V2.52可以管理64個(gè)任務(wù),，任務(wù)管理包括：創(chuàng)建任務(wù),、掛起任務(wù)、刪除任務(wù),、喚醒任務(wù),、改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級(jí)和獲取任務(wù)狀態(tài)。每個(gè)任務(wù)都有唯一的優(yōu)先級(jí),，優(yōu)先級(jí)號(hào)越低,，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)越高，任務(wù)越重要,。在任一給定的時(shí)刻,，任務(wù)的狀態(tài)已知,，且為以下5種狀態(tài)中的一種，各任務(wù)狀態(tài)切換如圖3所示,。

　?。?）睡眠狀態(tài)：任務(wù)駐留在程序空間中，還沒(méi)有交給μC/OS操作系統(tǒng)內(nèi)核管理,。

　?。?）就緒狀態(tài)：任務(wù)一旦建立，就處于就緒狀態(tài),，準(zhǔn)備運(yùn)行,。若新建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)比正運(yùn)行的任務(wù)優(yōu)先級(jí)高，則內(nèi)核提供任務(wù)切換服務(wù),，新任務(wù)運(yùn)行,。

　　（3）運(yùn)行狀態(tài)：已經(jīng)建立的,、就緒狀態(tài)中優(yōu)先級(jí)別最高的任務(wù)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),。任何時(shí)刻只能有一個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。

　?。?）等待狀態(tài)：正在運(yùn)行的任務(wù)通過(guò)調(diào)用OSTimeDly（）和OSTimeDlyHMSM（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)延時(shí),，等待延遲時(shí)間到；運(yùn)行中的任務(wù)可能需要等待某一事件的發(fā)生,，從而進(jìn)入等待狀態(tài),。

　　（5）中斷服務(wù)狀態(tài)：運(yùn)行中的任務(wù)被中斷,，從而進(jìn)入中斷服務(wù)狀態(tài)[2],。

　　有時(shí)，任務(wù)或中斷與任務(wù)之間需要傳遞信息,，這種信息傳遞稱為任務(wù)間的通信,。μC/OS-II支持3種通信方式：信號(hào)量、消息郵箱,、消息隊(duì)列,，它們統(tǒng)稱為事件。每個(gè)事件由獨(dú)立的事件控制塊ECB控制,，ECB定義了事件類型,，包含了當(dāng)前正在等待事件發(fā)生的任務(wù)號(hào)等信息。μC/OS-II還具有時(shí)間管理與內(nèi)存管理等功能,。

3 TF卡與FatFs文件系統(tǒng)

　　當(dāng)嵌入式產(chǎn)品需要擴(kuò)展系統(tǒng)容量用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí),，目前常用的有U盤(pán)、Flash芯片,、TF卡等,，其中最適合單片機(jī)系統(tǒng)的莫過(guò)于TF卡了,，它不僅支持最大容量32 GB，還支持SPI接口,，且能在TF卡上實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)[3],。

　　FatFs Module是一種完全免費(fèi)開(kāi)源的FAT文件系統(tǒng)模塊，專門(mén)為小型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),。FatFs的編寫(xiě)遵循ANSIC,，并且完全與磁盤(pán)I/O層分開(kāi)，經(jīng)簡(jiǎn)單的修改便可移植到多種嵌入式處理器上[4],。FatFs系統(tǒng)框圖如圖4所示,。

　　FatFs具有清晰的層次結(jié)構(gòu)，應(yīng)用層提供規(guī)范的API接口函數(shù),，用戶可直接調(diào)用這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)讀文件（f_read）,、寫(xiě)文件（f_write）、打開(kāi)文件（f_open）和一些文件夾操作等,，所以即使不理解FatFs Module的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的FatFs協(xié)議,，用戶也可以通過(guò)這些API完成對(duì)文件的所有操作。

　　FatFs Module層為中間層,，為FatFs核心內(nèi)容,，主要實(shí)現(xiàn)了FAT協(xié)議。在移植過(guò)程中,，不需要修改此部分內(nèi)容,。

　　底層是應(yīng)用層與磁盤(pán)介質(zhì)的接口，在移植過(guò)程中需要修改此部分,，包括存儲(chǔ)媒介讀寫(xiě)接口I/O驅(qū)動(dòng)以及文件操作的時(shí)間RTC等,。最少只需要編寫(xiě)3個(gè)底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)：

　　（1）文件系統(tǒng)初始化函數(shù)

　　DSTATUS disk_initialize（BYTE drv）

　?。?）文件系統(tǒng)讀驅(qū)動(dòng)

　　DRESULT disk_read（BYTE drv,，BYTE*buff，DWORD sector,，BYTE count）

　?。?）文件系統(tǒng)寫(xiě)驅(qū)動(dòng)

　　DRESULT disk_write（BYTE drv，const BYTE*buff,，DWORD sector，BYTE count）

　　用戶根據(jù)具體的硬件平臺(tái)填充相關(guān)函數(shù),，即可完成移植,。

4 調(diào)試與結(jié)果

　　將SD卡中2014-10-28日15：0：0~15：10：0的數(shù)據(jù)繪制成折線圖，如圖5所示,。

5 結(jié)論

　　本文基于μC/OS-II操作系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以PT100鉑電阻為溫度傳感器,、以STM32F107VCT6微處理器為核心的硬件平臺(tái),，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度采集和實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，并在PC上顯示實(shí)時(shí)溫度以及將溫度數(shù)據(jù)按時(shí)間關(guān)系存儲(chǔ)至TF卡文件中[5],。

　　由于該系統(tǒng)缺少與用戶交互界面,，因此系統(tǒng)缺乏一定的靈活性。今后的工作就是實(shí)現(xiàn)PC與MCU的雙向通信,，選擇在STM32平臺(tái)上移植GUI,，提供給用戶更多的選擇。當(dāng)然,，通過(guò)交互界面,，用戶可以一目了然地了解某一時(shí)段的環(huán)境溫度變化情況等。完善系統(tǒng)功能和提高采集數(shù)據(jù)精度仍是今后的主要工作,。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 李世奇,，董浩斌，李榮生.基于FatFs文件系統(tǒng)的SD卡存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù),，2011,，30（12）：79-81.

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　　[3] LABROSSE J J．嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)?滋C/OS-II[M]．邵貝貝,，譯．北京：北京航空航天大學(xué)出版社,，2003.

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　　[5] 楊建光.基于μC/OS-II的溫度控制系統(tǒng)的研制[D].天津：中國(guó)民航大學(xué),，2007.