μC／OS-II操作系統在各種處理器上的移植

μC／OS-II操作系統是一種搶占式多任務(wù)、單內存空間、微小內核的嵌入式操作系統，具有高效緊湊的特點(diǎn)。它執行效率高，占用空間小，可移植性強，實(shí)時(shí)性能良好且可擴展性強。采用μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統，可以有效地對任務(wù)進(jìn)行調度；對各任務(wù)賦予不同的優(yōu)先級可以保證任務(wù)及時(shí)響應；采用實(shí)時(shí)操作系統，降低了程序的復雜度，方便程序的開(kāi)發(fā)和維護。μC／OS-11非常適合應用在一些小型的嵌入式產(chǎn)品應用場(chǎng)合，在家用電器、機器人、工業(yè)控制、航空航天、軍事科技等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。
單片機、ARM、FPGA與μC／OS-II操作系統相結合，實(shí)現一些具體功能，是目前嵌入式應用中比較常見(jiàn)的。在這些應用中，基礎性的工作就是操作系統的移植。本文選取使用較多的51單片機、LPC2210、NiosII三種處理器進(jìn)行介紹。

1 μC／OS-II操作系統移植條件
μC／OS-II操作系統的大部分源代碼都是用C語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的，但仍需使用匯編語(yǔ)言來(lái)完成一些和處理器相關(guān)的操作，例如讀寫(xiě)處理器、寄存器時(shí)只能使用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現。因此，將μC／OS-II操作系統移植到目標處理器上，需要從硬件和軟件兩方面來(lái)考慮。
硬件方面，目標處理器需滿(mǎn)足以下條件：
①處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；
②用C語(yǔ)言可以開(kāi)／關(guān)中斷；
③處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常在10～1 000 Hz之間)；
④處理器能夠支持容納一定量數據的硬件堆棧；
⑤處理器有將堆棧指針和其他寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。
軟件方面，主要關(guān)注的是一些與處理器相關(guān)的代碼移植，其分布在OS_CPU．H、OS_CPU_C．C和OS_CPU_A．ASM這3個(gè)不同的文件中。

2 目標處理器硬件支持
51單片機、LPC2210、NiosII三種處理器在硬件方面均能滿(mǎn)足μC／OS-II操作系統的移植要求。
51單片機：選擇Keil公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為開(kāi)發(fā)工具，因為該集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的C51編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼，且用C語(yǔ)言就可以開(kāi)／關(guān)中斷。同時(shí)具有一定數量的堆棧和操作相關(guān)寄存器的指令。
LPC2210：采用ARM7微控制器可以滿(mǎn)足上述②、④、⑤，而ADS1．2的C編譯器可以滿(mǎn)足①、③的要求。
NiosII處理器：Nios處理器可以配置成最多支持64個(gè)中斷，包括外部硬件中斷、內部中斷以及TRAP(調試中斷)。Nios II處理器可以配置使用32位內部定時(shí)器，通過(guò)用軟件控制寫(xiě)入幾個(gè)控制寄存器的內容來(lái)獲得定時(shí)工作，與一般的定時(shí)器工作原理相同，可以產(chǎn)生定時(shí)中斷。Nios處理器可以外接存儲器。以使用的DE2開(kāi)發(fā)板為例，外接512 KB SRAM資源，可提供足夠的數據硬件堆棧。NioslI 8．0 IDE采用GNU編譯器，支持C／C++的編譯、鏈接產(chǎn)生重入代碼，允許在C語(yǔ)言中嵌入匯編語(yǔ)言。

3 軟件移植過(guò)程
3．1 OS_CPU．H的實(shí)現
OS_CPU．H文件包括了用#define語(yǔ)言定義的與處理器相關(guān)的常數、宏以及數據類(lèi)型。
在上述三種處理器采用的不同編譯器中，數據類(lèi)型的定義是相同的，在此不做具體介紹。
在OS_CPU．H中定義與處理器相關(guān)的宏，主要是進(jìn)入臨界區的OS_ENTER_CRITICAL()和退出臨界區的OS_EXIT_CRITICAL()。
在Keil編譯器中，EA是總中斷。
#define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0；／／關(guān)中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1；／／開(kāi)中斷
在A(yíng)DS編譯器中定義為軟件中斷函數，并編寫(xiě)軟件中斷處理代碼實(shí)現開(kāi)／關(guān)中斷。
_swi(0x00)viod OS_TASK_SW(viod)；／／任務(wù)級任務(wù)切換函數
_swi(0x00)viod OS_ENTER_CRITICAL(viod)；／／關(guān)中斷
_swi(0x00)viod OS_EXIT_CRITICAL(viod)； ／／開(kāi)中斷
在NiosII 8．0 IDE編譯器中：
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm(“PFX 8＼n WRCTL％g0；”) ／／關(guān)中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm(“PFX 9＼n WRC TL％g 0；”) ／／開(kāi)中斷
堆棧的增長(cháng)方向通過(guò)設置OS_STK_GROWTH為0或者1來(lái)確定。51單片機中只能設置為0，表示堆棧是從下往上增長(cháng)的。LPC2210中則可以設置成0或者1。NiosII中則只能設置成1，表示堆棧是從上往下增長(cháng)的。
3．2 OS_CPU_C．C的實(shí)現
OS_CPU_C．C中，主要應改寫(xiě)堆棧初始化函數OS-TaskStkIint()。必須根據移植時(shí)統一定義的任務(wù)堆棧結構進(jìn)行初始化，其他9個(gè)鉤子函數只需說(shuō)明即可。也可根據移植時(shí)用戶(hù)自己的需要，編寫(xiě)相應的操作代碼。
以L(fǎng)PC2210為例，堆?？臻g從高到低依次存放著(zhù)PC，LR，R12，R11，…，R1，R0，CPSR，OsEnterSum。每個(gè)任務(wù)都有獨立的OsEnterSum，在任務(wù)切換時(shí)保存和恢復各自的OsEnterSum值。各個(gè)任務(wù)開(kāi)／關(guān)中斷的狀態(tài)可以不同，這樣實(shí)現了開(kāi)／關(guān)中斷的嵌套。

關(guān)于51單片機和NiosII處理器的這部分移植，請參看參考文獻。