嵌入式操作系统在Arduino平台部署实现的研究

发布时间：2020-03-17 21:01

【摘要】：现今的物联网技术正经历着日新月异的发展,物联智能的概念已经深入人心,人们的工作、学习和娱乐都离不开与物联智能设备的交互,而物联设备的基础是嵌入式技术。Arduino作为嵌入式中的重要一员,有着跨平台开源、便捷、门槛低等特点,而创建以来一直受到专业开发人员和广大电子爱好者的青睐。Arduino平台屏蔽了底层硬件的差异,为用户提供了统一的编程接口,使得用户只需要关注上层应用开发,但是平台并没有嵌入式操作系统的相应部署实现,开发模型过于单一,不能胜任过于庞大复杂的项目工程。本文致力于将嵌入式操作系统在Arduino虚拟机平台上进行部署实现的研究,选用Contiki嵌入式操作系统作为研究示例对象,并且在ESP8266和STM32两种具有截然不同的处理器硬件上进行验证,在Arduino平台上实现了具备多任务、多线程和具备网络协议栈功能的编程架构,改进了Arduino平台的不足。本文的具体研究如下:1、以Contiki嵌入式操作系统为代表在Arduino虚拟机平台上的部署实现研究:针对Contiki嵌入式操作系统的Protothreads多线程内核、Coffee文件系统和uIP网络协议栈分别进行原理与技术实现上的解读,在对Contiki操作系统在Arduino虚拟机平台上的实现性分析的基础上提出切实可行的部署实现方案,并在ESP8266和STM32F103RB上进行验证。2、MQTT协议Arduino物联系统应用测试:为了验证Arduino虚拟机平台嵌入式操作系统部署实现方案的可行性,在实现了Contiki操作系统Arduino虚拟机平台的基础上,在硬件设备上以多线程、多任务的编程方式实现MQTT协议,结合微信小程序和MQTT服务器实现对硬件设备进行远程控制与数据读取显示,验证了本论文基于Arduino虚拟机平台嵌入式操作系统部署实现方案的实际应用可行性。3、硬件在Arduino平台上的移植研究:由于本论文方案的研究基础是硬件已经具备Arduino虚拟机平台的支持,而对于不具备Arduino平台支持的硬件,论文的研究工作也可以正常进行。本文将以STM8作为实验示例对象,进行硬件在Arduino虚拟机平台上的移植研究,并从平台架构配置与接口封装两个方面进行剖析。
【图文】：

控制寄存器,系统时钟

void clock_init(void) {timer1_isr_init();timer1_attachInterrupt(timer0_ISR);timer1_enable(TIM_DIV16, TIM_EDGE, TIM_LOOP);timer1_write(5000);}图 2-17 时钟初始化函数实现2.3.2 基于 STM32F103RB 的实现方案STM32F10 系列的芯片配备一个 24 位的系统时钟（SysTick），系统时钟根据 CPU时钟频率从 STK_VAL 递减计数，递减到 0 时，触发中断，再从 STK_LOAD 中重新装载进入下一轮时钟计数。SysTick 的各寄存器详细分析如下。1、SysTick 控制与状态寄存器（STK_CTRL）SysTick 的控制寄存器使能了 SysTick 的特性，各位的分布如图 2-18 所示。

寄存器,异常中断,时钟,数值

第二章 Contiki 内核在 Arduino 平台上的实现3) Bit 1 TICKINT：异常中断设置。设置为 1 时，时钟计数到 0 时触发异常中断。4) Bit 0 ENABLE：使能时钟计数。设置为 1 时，时钟计数从 LOAD 寄存器重新装载 RELOAD 数值并且递减计数，当计数到 0 时，设置 COUNTFLAG 为 1，根据 TICKINT的设置触发中断，，并且重新装载数值进入下一轮计数。2、SysTick 重载数值寄存器(STK_LOAD)SysTick 的重载寄存器器各位的分布如图 2-19 所示。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP316;TP302

【参考文献】