在A(yíng)ndesCore N1033A-S處理器實(shí)現μC/OS-II的移植

μC/OS-II是一種代碼公開(kāi)、可裁剪的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。該內核通過(guò)實(shí)現搶占式任務(wù)調度算法和多任務(wù)間通信等功能，使之具有執行效率高、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。另外，其占用空間非常?。ㄗ钚】刹眉糁?KB）并且具有高度可移植性，因此被廣泛的應用于微處理器和微控制器上。

晶心科技 （Andes）作為亞洲首家原創(chuàng )性32位微處理器IP與系統芯片平臺設計公司，推出的AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S, 搭配應用廣泛的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC/OS-II以及相關(guān)的軟硬件開(kāi)發(fā)資源，有效的幫助客戶(hù)降低現有成本、提升系統效能、減少系統功耗，并縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上市時(shí)程。本文將介紹如何將μC/OS-II移植到AndesCore™ N1033A-S處理器上。

1. 開(kāi)發(fā)環(huán)境及處理器介紹

1.1 軟/硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境

本移植過(guò)程使用的軟件環(huán)境是AndeSight? v1.4集成開(kāi)發(fā)套件，它是晶心科技最新推出的針對各種AndesCore?的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調試器、分析器以及強大的ESL工具。硬件平臺采用晶心科技的FPGA評估板ADP-XC5,該評估板采用AndesCore? N1033A-S作為處理器內核，并具有豐富的片上資源。

AndesCore™ N1033A-S介紹

AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S是一款哈弗結構的32位RISC處理器內核，具有5級流水線(xiàn)（pipeline）及動(dòng)態(tài)分支預測（Dynamic branch predicTION）架構。N1033A-S新加入了最新AndeSTar™ V2 指令集，把CPU效能推至1.66DMIPS/Mhz之上。同時(shí)還實(shí)現完整的Audio指令集，達到完全整合CPU與DSP功能的目標。N1033A-S還支持向量中斷模式以及2D 直接內存訪(fǎng)問(wèn)（DMA）功能，更為實(shí)時(shí)信號處理添增效能。

2. μC/OS-II在N1033A-S上的可移植性分析

μC/OS-II具有高度可移植性，目前已經(jīng)移植到近40多種處理器體系上，涵蓋從8位到64位的各種CPU（包括DSP）。

μC/OS-II的正常運行需要處理器平臺滿(mǎn)足以下要求： 1）處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；2）用C語(yǔ)言就可以打開(kāi)和關(guān)閉中斷；3）處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷；4）處理器支持能夠容納一定量數據的硬件堆棧；5）處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。

AndesCore? N1033A-S內部提供了32個(gè)通用寄存器，其中R31被用來(lái)做專(zhuān)門(mén)的堆棧指針。32根地址線(xiàn)最多可訪(fǎng)問(wèn)4GB存儲單元，因此只要系統RAM空間允許，堆?？臻g理論不會(huì )產(chǎn)生限制。N1033A-S處理器提供的AndeStar? V2指令集包含了豐富且十分高效的對堆棧進(jìn)行操作的指令。例如指令SMW（store multiple word）可實(shí)現僅使用一條指令將多個(gè)寄存器的值存儲到堆棧中并同時(shí)更新堆棧指針位置，而且還能很好的處理地址非對齊字的存取。N1033A-S支持中斷并能產(chǎn)生定時(shí)器中斷，處理器中的PSW（Processor Status Word）寄存器中包含一個(gè)全局中斷禁止位GIE,控制它便可實(shí)現打開(kāi)和關(guān)閉中斷。此外，AndeSight?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中內置的編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼，并且支持內聯(lián)匯編，C環(huán)境中可以任意進(jìn)行開(kāi)關(guān)中斷的操作。綜上所述，μC/OS-II完全可以移植到N1033A-S上運行。

3. 移植步驟

為了方便移植，大部分的μC/OS-II代碼是用C語(yǔ)言寫(xiě)的，用戶(hù)只需要用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言寫(xiě)一些與處理器相關(guān)的代碼就可以實(shí)現移植。這部分工作的內容包括：一個(gè)完成基本設置的頭文件os_cpu.h、一個(gè)與處理器相關(guān)的匯編文件os_cpu_a.S和一個(gè)與操作系統相關(guān)的C代碼文件os_cpu_c.c.

3.1在os_cpu.h中完成基本的配置和定義

3.1.1. 定義與處理器相關(guān)的數據類(lèi)型

為保證可移植性，μC/OS-II沒(méi)有直接使用C語(yǔ)言中的short、int和long等數據類(lèi)型的定義，因為不同的處理器有不同的字長(cháng)。對于N1033A-S這樣的32位處理器，其數據類(lèi)型定義實(shí)現如下：

3.1.2. 定義中斷禁止/允許宏

做為實(shí)時(shí)內核，μC/OS-II需要先禁止中斷再訪(fǎng)問(wèn)代碼臨界區，并且在訪(fǎng)問(wèn)完畢后重新允許中斷。μC/OS-II定義了兩個(gè)宏來(lái)禁止和允許中斷：OS_ENteR_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）。在N1033A-S處理器上的實(shí)現代碼如下

GIE_SAVE 和GIE_RESTORE的實(shí)現如下：

中斷禁止時(shí)間是判斷系統實(shí)時(shí)性的重要指標之一。中斷禁止時(shí)間能否達到最短，不僅與操作系統的設計有關(guān)，還依賴(lài)于處理器結構和編譯器產(chǎn)生的代碼質(zhì)量。從上面的實(shí)現代碼看到，由于A(yíng)ndes處理器提供了setgie.d和setgie.e兩條直接控制中斷的開(kāi)關(guān)的指令，整個(gè)禁止/允許中斷的過(guò)程經(jīng)過(guò)編譯器產(chǎn)生的機器碼只有3/2條，最大限度地減小了中斷禁止時(shí)間。

3.1.3. 定義棧增長(cháng)方向

μC/OS-II使用結構常量OS_STK_GROWTH來(lái)指定堆棧的增長(cháng)方式，設置為0表示堆棧從下往上增長(cháng)，設置為1表示從上往下增長(cháng)。這里我們定義成后者，即堆棧的增長(cháng)方向是從內存高地址向低地址方向遞減并且堆棧指針總是指向棧頂數據：

3.1.4.定義OS_TASK_SW（）宏

OS_TASK_SW（）是一個(gè)宏，它在μC/OS-Ⅱ從低優(yōu)先級任務(wù)切換到最高優(yōu)先級任務(wù)時(shí)被調用的。任務(wù)切換只是簡(jiǎn)單的將處理器寄存器保存到將被掛起的任務(wù)的堆棧中，并且將更高優(yōu)先級的任務(wù)從堆棧中恢復出來(lái)?？刹捎脙煞N方式定義這個(gè)宏，使用軟中斷將中斷向量指向OSCtxSW（）函數；或者直接調用OSCtxSW（）函數，這里我們采用后者（OSCtxSW（）函數的實(shí)現將在后面介紹）：