Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С - Стивен Барретт

Ключевой инструмент ОСРВ — использование таких абстрактных типов данных, как записи, списки с указателями и очереди. Обсудим их вкратце. Эти типы данных обычно используют динамическое распределение памяти RAM. Где мы можем взять RAM для этих типов данных? Если мы используем 512 байт как для абстрактных типов данных, так и для стека мы можем потенциально сталкиваться с «зависанием» структуры данных при переполнении стека или наоборот. Это может привести к катастрофическому сбою системы. Мы должны предотвратить это любой ценой. В идеале, мы должны выделить дополнительную память RAM в карте памяти B32. Было бы также полезно физически отделить эту память от памяти RAM на плате B32. Это позволило бы нам иметь отдельные пространства RAM для стека и динамической памяти. Но это не всегда возможно. Если же и стек и динамическая память постоянно находятся в одном и том же пространстве памяти, необходимо гарантировать, что не происходит подмены информации в процессе выполнения программы. Контроллер 68HC12 не обеспечивает автоматического контроля этой ситуации и исключение ее при программировании системы входит в вашу задачу.

В разделе 4.7.1 мы уже обсуждали систему памяти, размещенной на плате B32. На рис. 8.2 приведено схемное решение системы, с учетом которого мы можем использовать дополнительное пространство RAM. Настоятельно рекомендуем вам ознакомится с концепций расширения памяти у Pack и Barrett [2002, Ch. 8]. Здесь же мы только приводим схемное решение, не обсуждая проблем подключения памяти, электрической связи с помощью интерфейса и синхронизации. Хотя все они чрезвычайно важны, но при обсуждении динамического распределения памяти, без их рассмотрения можно обойтись.

Рис. 8.2. Подключение внешней памяти к микроконтроллеру при программировании

Прежде чем определить конкретные границы этого дополнительного пространства RAM, обеспечим их удобный расчет. Мы хотим определить область 16 Кб для статической оперативной памяти (SRAM) в карте памяти B32 EVB. Разместим эту память в ячейках от $4000 до $7FFF. Если бы это удалось, то все, к чему мы имели доступ на участке памяти — это 32 Кб×8 SRAM. Если мы заземлим старшую линию адреса этой памяти A[14], то старшие 16 Кб чипа памяти будут недоступны. Как мы уже упоминали в главе 4, PORTA обеспечивает мультиплексную линию данных D[7:0], и старшие разряды адреса A[15:8] в расширенных режимах работы МК. PORTB обеспечивает младшие разряды адреса A[7:0]. Мы используем адресную линию A[15:14] со схемой И-НЕ, чтобы создать активный низкий сигнал для SRAM памяти чипа.

Альтернативой расширению памяти является использование варианта HCS12 с большей дополнительной областью RAM. Обратитесь к различным доступным вариантам, описанным в разделах 1.3, 1.4 и 4.8. Эти варианты включают в себя RAM объемом от 4 до 12 Кб.

Перед продолжением нашего обсуждения, относящегося к динамическому распределению памяти, рассмотрим еще несколько проблем, воспользовавшись рис. 8.2.

Вопросы для самопроверки

Вопрос: Какова цель применения схемы И-НЕ?

Ответ: Логический элемент И-НЕ переходит на низкий уровень и генерирует сигнал разрешения (CE) для SRAM памяти, когда A15 находится на низком , а A14 — на высоком уровне.

Вопрос: Какова цель применения микросхемы 74HC573?

Ответ: Эта микросхема действует как защелка при демультиплексировании линий адреса/данных от порта РA.

Вопрос: Каков промежуток адресов памяти RAM?

Ответ: От $4000 до $7FFF или 16 Кб RAM.

Вопрос: Каков размер SRAM памяти?

Ответ: Этот размер составляет 215 или 32К адресов с размещением одного байта в каждом адресе. Нам удается использовать только нижние 16 Кб памяти.

Вопрос: Какой вид будет иметь карта памяти после введения этих новых компонентов памяти.

Ответ: Карта памяти приведена на рис. 8.3.

$0000 $01FF Регистры ЦП $0800 $0BFF 1 Кб RAM «на чипе»; • Код/данные пользователя ($0800-$09FF); • Резервирована для D-Bug12 ($0A00-$0BFF)     $0D00 $0FFF 768 байт EEPROM «на чипе»; • Код/данные пользователя     $8000 $FFFF FLASH EEPROM 32 Кб «на чипе»; • код D-Bug12 ($8000–$F67F); • Область, доступная пользователю ($F6C0–$F6FF); • Настройка функций D–Bug12 ($F680-$F6BF); • Код запуска D-Bug12 ($F700–$F77F); • Таблица вектора прерывания ($F780–$F7FF); • Расширение загрузчика ($F800–$FBFF); • EEPROM загрузчика ($FC00–$FFBF); • Векторы сброса и прерывания ($FFC0–$FFFF)

Рис. 8.3. Карта памяти B32, расширенная внешней флеш-памятью и RAM

8.3.2. Динамическое распределение памяти

В компиляторе С для эффективного управления динамической памятью используются указатели. Они позволяют объявить большое число переменных различных типов и размеров. Когда память динамически распределена для переменных в RAM, указатель может привести вас к ресурсам памяти для переменной.

Динамическое распределение памяти осуществляется с помощью команды распределения памяти malloc(). Эта команда содержится в файле заголовка stdlib.h, который является частью любого С компилятора. Команда malloc() обычно используется вместе с функцией sizeof(). Эта комбинация функций чрезвычайно полезна при динамическом распределении памяти. Общая форма этой комбинации функций:

Ptr = (variable_type)*malloc(sizeof(variable_type));

Большинство структур данных объявляется и распределяется с помощью этой методики. Когда переменная больше не нужна, пространство памяти используемое для нее, возвращается системе с помощью функции free(). Это наилучший способ динамического распределения памяти. Мы создаем переменные на ходу (в процессе выполнения программы), когда мы нуждаемся в них, и избавляемся от переменных, когда они больше не нужны.

При таком распределении и освобождении памяти, происходящем в процессе выполнения программы, необходима эффективная система управления памятью. Динамическая память — это часть памяти RAM, используемая для динамического распределения памяти. Как мы упомянули прежде, важно сохранять стек и динамическую память, отделенными от друг друга.

Теперь, когда мы имеем два отдельных пространства RAM в нашей карте памяти, мы можем легко выделить одну из них для стека, а другую — для динамической памяти. Мы рекомендуем использование меньшего пространства для стека и большего для динамической памяти. В данном компиляторе имеются параметры настройки, конфигурируемые пользователем и позволяющие установить адрес начала для стека и области динамической памяти.

Получив способ динамического распределения памяти, мы можем теперь создавать структуры данных для использования в наших ОСРВ. В следующем разделе мы проведем общий обзор структур данных, используемых в ОСРВ: структур (или записей), списков с указателями, очередей, и круговых очередей. Как только мы познакомимся с каждым из этих основных типов, мы сможем объединять их в более сложные структуры данных, используемые для работы ОСРВ.

8.3.3. Структуры данных

В этом разделе мы проведем общий обзор структур данных, используемых в операционных системах, работающих в режиме реального времени. Мы выполним обзор каждой структуры данных отдельно и затем объединим их, чтобы выполнять различные операции внутри ОСРВ.

Структура. Мы будем использовать взаимозаменяемые термины запись и структура. Структуры позволяют программистам при разработке совокупности данных для спецификации, использовать другие основные типы данных. Это позволяет им следить за сложной информацией, которая может содержать различные типы данных. Например, если вы разрабатываете систему описи для автомобильного торгового агента, вы могли бы разработать следующую структуру основных данных для конкретного автомобиля, таких, как год выпуска, изготовитель, модель, номер идентификации транспортного средства (VIN), и прогон, как показано на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Запись для автомобиля. Запись содержит поля данных, совокупность которых описывает автомобиль

Каждый из типов данных в записи называется полем. Мы объявляем запись или структуру, используя следующий синтаксис:

struct car {

 int year; /* год производства* /

 char make[10]; /*BWM, Hummer, Saturn */

 char model[12]; /*купе, обратимый, SUV, пикап */

 char VIN[10]; /* комбинация цифр, букв */

 float mileage; /*показания счетчика: от 0 до 500,000+ */