在linux上模擬uCOS-II實(shí)時(shí)操作系統的實(shí)現

1 引言

　　uCOS-II是一個(gè)短小而功能強大的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統。在Jean J.Labrosse先生所著(zhù).由邵貝貝教授翻譯的Micro/uCOS-II THE REAL-TIME KERNEL（Second Edition）一書(shū)中對這一操作系統作出了精彩的講解，該書(shū)是一部關(guān)于uCOS-II操作系統的經(jīng)典教材，同時(shí)在書(shū)中提供了關(guān)于uCOS-II在windows環(huán)境下的移植的4個(gè)范例。本文對其第一個(gè)范例作一個(gè)在redhat linux9.0上的移植版本。移植的工作主要集中在三個(gè)方面，下文將分為三章，結合代碼詳細介紹。文章的最后將介紹我的試驗平臺并演示我的試驗結果。

　　2 字符串的顯示

　　字符串顯示函數PC-DispStr在文件pc.c中，這個(gè)文件本身不是uCOS-II的一部分。它的主要工作是建立一系列的功能函數來(lái)發(fā)揮PC機的強大功能，并被測試代碼所調用。

　　2.1 設置前景色和后景色

　　我們使用類(lèi)似于prinf（33[30m）的語(yǔ)句來(lái)設置顏色.轉義序列就是一個(gè)讓shell執行一個(gè)特殊步驟的控制指令。轉義序列通常都是以ESC開(kāi)頭（這也是它的命名原因）。在sh
ell里表示為[。這種表示法需要一點(diǎn)時(shí)間去適應， 也可以用33完成相同的工怍（ESC的ASCII碼用十進(jìn)制表示就是27，=用八進(jìn)制表示的33）。33聲明了轉義序列的開(kāi)始，然后是[開(kāi)始定義顏色。下面我們要選擇前景色（這里是32，代表綠色）。背景色的40表示黑色。要是不想讓提示符后面的文字也變成綠色，我們用33[0m關(guān)閉轉義序列，33[0m是shell的默認顏色。前景色和背景色都有8種可用的選擇?？蛇x顏色：紅色、綠色、黃色、藍色、洋紅、青色和白色。他們對應的顏色代碼是：30（黑色）、31（紅色）、32（綠色）、33（黃色）、34（藍色）、35（洋紅）、36（青色）、37（白色）。用同樣色方法設置背景色，不過(guò)要把第一個(gè)數字3替換成4，例如40、41、42、43、44、45、46、47。雖然在這里可以按照上面介紹的對應關(guān)系定義修改在pc.h中定義的前景色和后景色的宏，使對應關(guān)系更加明確。（注意：他的后面一位表示前景色，前面一位表示后景色），但是我們在這里的設計思路是盡量不對原書(shū)中的代碼作改動(dòng)，所以在函數的實(shí)現中直接使用switch語(yǔ)句，對相應的前景色和后景色 。（linux的shell只支持以上幾種顏色）

　　switch （color0xF0） /＊查看前景色＊/

　?。?case DISP_FGND_BLACK: printf（33[30m）;break;

　　……

　?。?/p>

　　switch（color0x0F） /＊查看后景色＊/

　?。?case DISP_BGND_BLACK: prinf （33[40m）;

　　break;

　　……

　?。?/p>

　　2.2跟蹤光標的位置

　　我使用printf（33[%u;%uH,y+1,x+1）來(lái)跟蹤光標的位置。33是聲明了轉義序列的開(kāi)始，上文已經(jīng)介紹，不再累敘，[y;xH是設置光標位置的格式。x和y分別表示橫軸和縱軸。

　　3 鍵盤(pán)輸入

　　鍵盤(pán)輸入函數PC_GetKey在windows環(huán)境下，由于有庫函數kbhit返回最近所敲的按鍵.就很容易實(shí)現。而在linux環(huán)境下我們需要構造自己的kbhit，在參考文獻2中John.Wiley.Sons先生提供了一種現成的實(shí)現方法（這個(gè)方法會(huì )阻塞read函數.在本文中并不適用），這里我們使用了另外的一種實(shí)現方法，下面介紹給出其實(shí)現代碼.

　　int kbhit（void）｛

　　struct timeval tv;

　　fd_set readFd;

　　struct termios newKbdMode;

　　if（!inited）｛

　　newKbdMode.c_lflag=～（ICANON | ECHO）;

　　newKbdMode.c_cc[VTIME]=0;

　　newKbdMode.c_cc[VMIN]=1;

　　tcsetattr（0,TCSANOW,newKbdMode）;

　　atexit（rekbd）;

　　inited=1;

　?。?/p>

　　tv.tv_sec=0;

　　tv.tv_usec=0;

　　FD_ZERO（readFd）;

　　FD_SET（STDIN_FILENO,readFd）;

　　select（1,readFd,NULL,NULL,tv）;

　　if（FD-ISSET（STDIN-FILENO，readFd））

　　return 1;

　　else

　　return 0;

　?。?/p>

　　3.1 控制臺的初始化

　　首先，這里使用了全局變量inited，它是一個(gè)初始化與否的標記.因為函數kbhit將被多次調用，而初始化只需要做一次.這樣.當發(fā)現inited置1以后，就不會(huì )去做重復性的初始化工作了。如果inited為0，就需要對控制臺（鍵盤(pán)）做初始化工作，這里定義了內核結構體termios類(lèi)型的變量newKbdMode，我們需要對這個(gè)結構體的兩個(gè)成員c_lflag和c_cc進(jìn)行初始化，代碼中對c_lflag的設置表示終端為不回顯的非標準模式。c_cc[VTIME]=0，c_cc[VMIN]=1表示讀函數會(huì )等待.直到出現1個(gè)鍵盤(pán)輸入為止。（關(guān)于這個(gè)結構體的詳細分析，可參閱參考文獻2的第5章）。然后再調用tcsetattr把設置的值寫(xiě)入。最后，函數atexit將在3.3節詳敘。

　　3.2 檢測鍵盤(pán)的輸入

　　在這里我們使用宏FD_ZERO把內核的結構體readFd清0.用宏FD_SET把標準輸入的文件描述符STDIN_FILENO和readFd關(guān)聯(lián)，然后用select函數來(lái)監測輸入.他只關(guān)注一個(gè)描述符，所以第一個(gè)參數為1，第二個(gè)參數為上面的readFd，后面的兩個(gè)參數表示是否關(guān)注標準輸出和出錯的文件描述符，我們不要，所以置0.最后一個(gè)參數表示超時(shí)時(shí)間，我們不需要，所以置0。經(jīng)過(guò)以上的處理后，如果有輸入時(shí).宏FD_ISSET就會(huì )返回非0值。我們就知道鍵盤(pán)上有輸入。

　　3.3 系統退出

　　在windows環(huán)境下使用了成對的函數PC_DOSSaveReturn（）和PC_DOSReturn。前一個(gè)保存DOS的狀態(tài)，后一個(gè)在退出時(shí)前調用.恢復保存的DOS狀態(tài)。而在linux下，表面看來(lái)我僅使用函數exit（）直接退出，而沒(méi)有進(jìn)行類(lèi)似的保存一恢復處理.但實(shí)際上在linux下我們調用了函數atexit（function）來(lái)設置程序正常結束前調用的函數，當程序通過(guò)調用exit（）返回時(shí)，參數function所指定的函數會(huì )先被調用.然后才真正由exit（）結束程序。function將指定函數rekbd（函數的實(shí)現見(jiàn)下面的代碼），這個(gè)函數就是清屏和清處所有前文的屬性設置，33聲明了轉義序列的開(kāi)始，然后是[2J，表示清屏。[0m表示關(guān)閉所有屬性。

　　void rekbd（void）｛

　　prinf（33[0m）;

　　prinf（33[2J）;

　?。?/p>

　　4 MAKEFILE 文件的編寫(xiě)

　　在Jean J.Labrosse先生的原書(shū)中是使用boland c的編譯器.而我們在linux下使用GCC的編譯器，由于編譯器的改變.所以makefile就需要重寫(xiě)。為了簡(jiǎn)化makefile的編寫(xiě)，我提供一種最簡(jiǎn)單的方法，那就是把所有uCOS-II 的源碼（SOFTWAREuCOS-IISOURCE）. 以及配置頭文件和測試函數（SOFTWAREuCOS-IIEX1_x86LBC45SOURCE）.還有按上文編寫(xiě)的pc.c和pc.h文件，全部放在linux的根目錄下.假設為/test78，則makefile可簡(jiǎn)寫(xiě)為如下方式：

　　UCOS_SRC=/test78

　　UCOS_PORT=/test78

　　UCOS_PC=/test78

　　all:

　　gcc-I$（UCOS_SRC） -I$（UCOS_PORT） -I$（UCOS_PC） test.c $（UCOS_SRC）/uCOS_II.C $（UCOS_PC）/

　　pc.c $（UCOS_PORT）/os_cpu_c.c -o test

　　all是一個(gè)偽目標，偽目標 并不是一個(gè)文件，只是一個(gè)標簽，它的特性是，總是被執行的。這樣的目的是讓編譯器每次都產(chǎn)生新的目標。-o test指定輸出文件為test.‘-I‘選項指定搜索的目錄.

　　注意：把所有源文件都放在一個(gè)目錄下也許并不是一個(gè)好方法，它使得整個(gè)工程雜亂無(wú)章，特別是在工程比較大時(shí).是不能這樣處理的。但這里僅僅是為了簡(jiǎn)化makefile的編寫(xiě)，提供一個(gè)可行的方法。所以在這個(gè)makefile的前面，我定義了幾個(gè)宏，如果需要編譯的幾個(gè)文件在路徑下，就只需要指定路徑就可以了。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文的創(chuàng )新點(diǎn)主要體現在

　　1.自建的鍵盤(pán)輸入函數。由于（Beginning.Linux.Programming）中實(shí)現會(huì )阻塞read函數，所以本文采用了改進(jìn)的方法實(shí)現鍵盤(pán)輸入，詳見(jiàn)第3節。

　　2.MAKEFILE文件。由于編譯器的改變，我們需要改寫(xiě)makefile文件，本文提供了一種非常簡(jiǎn)單的編寫(xiě)方法，詳見(jiàn)第4節。

　　我的試驗平臺如下：在Virtual PC 2004上安裝red hat linux 9.0，并且在linux下進(jìn)行編譯和調試。