uC/OS-II在EP7312上的移植

關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統 μC/OS-II EP7312

引 言

　　隨著(zhù)Internet和后PC時(shí)代的到來(lái)，嵌入式系統的應用愈來(lái)愈廣泛，嵌入式產(chǎn)品在人們的生活中無(wú)處不在。今天，嵌入式系統帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)1萬(wàn)億美元，已經(jīng)在IT產(chǎn)業(yè)中占有很大的比重。

　　通常，應用程序對嵌入式軟件的基本要求是體積小、執行速度快、具有較好的裁減性和可移植性。嵌入式軟件的靈魂是嵌入式操作系統。在特定的操作系統之上開(kāi)發(fā)應用軟件，可以讓程序開(kāi)發(fā)人員屏蔽掉很多低層硬件細節，使得應用程序調試方便、移植簡(jiǎn)單、易維護，同時(shí)開(kāi)發(fā)周期也短。目前，實(shí)時(shí)操作系統很多，如VxWorks、Window CE、pSOS、QNX、LynxOS等等。這些操作系統都具有高可靠性、很強的實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，但它們都是商業(yè)操作系統，價(jià)格昂貴，人們往往很難接受。μC/OS-II的出現是對這些商業(yè)操作系統的一個(gè)很大的沖擊。μC/OS-II是源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)操作系統，是一個(gè)自由操作系統。程序開(kāi)發(fā)人員可以改寫(xiě)源代碼，使之符合自己的要求。裁減掉不需要的部分，使操作系統變得小巧、靈活，并且能滿(mǎn)足用戶(hù)特定操作系統的需要。

1 μC/OS-II簡(jiǎn)介

　　μC/OS-II并非一個(gè)完整的實(shí)時(shí)操作系統，它只是一個(gè)實(shí)時(shí)內核。μC/OS-II不像其它實(shí)時(shí)操作系統一樣，提供給用戶(hù)的是一個(gè)標準的API函數，程序開(kāi)發(fā)人員利用操作系統提供的API函數進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)。要想在μC/OS-II內核上進(jìn)行應用程序的開(kāi)發(fā)，就需要程序開(kāi)發(fā)人員在實(shí)時(shí)內核的基礎上建立自己的實(shí)時(shí)操作系統。首先，把μC/OS-II移植到自己的硬件目標板上，寫(xiě)出相應的驅動(dòng)程序以及用戶(hù)圖形界面等等；在這些接口函數之上，加上用戶(hù)自己的應用程序，就構成了嵌入式軟件。

2 μC/OS-II在EP7312上的移植

　　μC/OS-II的移植條件是：只要該處理器有堆棧，有CPU內部寄存器入棧、出棧指令；使用的C編譯器支持內嵌匯編（inline assembly）或者該C語(yǔ)言可擴展，可連接匯編模塊，使得關(guān)中斷、開(kāi)中斷能在C語(yǔ)言程序中實(shí)現。Cirrus Logic公司生產(chǎn)的EP7312芯片內部采用的是ARM720T處理器，內部有37個(gè)寄存器。其中R13通常用作堆棧指針。堆棧尋址是隱含的，堆棧指針所指定的存儲單元就是堆棧的棧頂，堆棧尋址通常有兩種方式向上生長(cháng)和向下生長(cháng)。ARM處理器有ARM和Thumb兩種指令集。每種指令集都有豐富的指令可以對堆棧進(jìn)行操作。堆棧指針指向最后壓入堆棧的有效數據，稱(chēng)為滿(mǎn)堆棧（full stack）；堆棧指針指向下一個(gè)數據項放入的空位置，稱(chēng)為空堆棧（empty stack）。根據堆棧的生長(cháng)方向不同，可以生成4種類(lèi)型的堆棧，即滿(mǎn)遞增、空遞增、滿(mǎn)遞減、空遞減。我們所使用的ARM SDT（ARM Software Development Kit）開(kāi)發(fā)系統內含的編譯器，同樣也支持內嵌匯編，所以μC/OS-II完全可以移植到EP7312上。

　　μC/OS-II核心代碼很小，程序開(kāi)發(fā)人員要把它移植到自己的目標板中只需做少量的工作。圖1是μC/OS-II硬件和軟件的體系結構。

　　雖然μC/OS-II大部分源代碼是用C語(yǔ)言寫(xiě)的，但是完成和處理器一些有關(guān)的代碼時(shí)，還是必須要用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現的。寄存器的讀、寫(xiě)只能通過(guò)匯編語(yǔ)言的存儲和加載指令來(lái)實(shí)現。要使μC/OS-II能夠正常工作， 處理器必須滿(mǎn)足以下要求：

?、?處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；

?、?用C語(yǔ)言可以打開(kāi)和關(guān)閉中斷；

?、?處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時(shí)中斷（通常在10~100Hz之間）；

?、?處理器能夠支持容納一定量數據的硬件堆棧；

?、?處理器有將堆棧指針和其它寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。

　　μC/OS-II的移植包括以下幾個(gè)部分。

（1）設置與編譯器有關(guān)的代碼[OS_CPU.H]

　　在不同的處理器中有不同的字長(cháng)，所以必須定義一系列數據類(lèi)型以確保移植的正確性。另外，在μC/OS-II中，不使用C的short、int和long等數據類(lèi)型，這些都是和編譯器相關(guān)的。下面就是μC/OS-II定義的一部分數據類(lèi)型。

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U; /*無(wú)符號8位整數 */

typedef signed char INT8S; /*有符號8位整數 */

typedef unsigned int INT16U; /*無(wú)符號16位整數 */

typedef signed int INT16S; /*有符號16位整數 */

typedef unsigned long INT32U; /*無(wú)符號32位整數 */

typedef signed long INT32S; /*有符號32位整數 */

typedef float FP32; /*單精度浮點(diǎn)數 */

typedef double FP64; /*雙精度浮點(diǎn)數 */

　　μC/OS-II需要先禁止中斷訪(fǎng)問(wèn)代碼的臨界區，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()。

#define OS_ENTER_CRITICAL() IRQFIQDE

#define IRQFIQDE __asm

{

mrs r0, CPSR;

stmfd sp!, {r0};

orr r0, r0, #NOINT;

msr CPSR_c, r0;

}

#define OS_EXIT_CRITICAL() IRQFIQRE

#define IRQFIQRE __asm

{

ldmfd sp!, {r0};

msr CPSR_c, r0;

}

#endif

　?。?）編寫(xiě)4個(gè)匯編語(yǔ)言函數[OS_CPU_A.S]

　　μC/OS-II的移植實(shí)例要求用戶(hù)編寫(xiě)4個(gè)簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言函數：

OSStartHighRdy()

OSCtxSw()

OSIntCtxSw()

UCOS_IRQHandler

詳細內容見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò )補充版（http://www.dpj.com.cn）。

　?。?）用C語(yǔ)言編寫(xiě)6個(gè)與操作系統有關(guān)的函數[OS_CPU_C.C]

這6個(gè)函數是：

OSTaskStkInit（）

OSTaskCreatHook（）

OSTaskDelHook（）

OSTaskSwHook（）

OSTaskStatHook（）

OSTaskTickHook（）

　　這6個(gè)函數只對OSTaskStkInit（）編寫(xiě)代碼，后5個(gè)函數必須聲明，但是內部并沒(méi)有代碼。OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt（）通過(guò)調用OSTaskStkInit（）來(lái)初始化任務(wù)的堆棧結構。這個(gè)函數的移植代碼，可參考文獻[3]。

3 測試、編寫(xiě)驅動(dòng)和應用程序

　　做完以上工作以后，就要測試移植的是否正確。測試一個(gè)μC/OS-II實(shí)時(shí)內核并不復雜，就是讓這個(gè)實(shí)時(shí)內核在自己的目標板上跑起來(lái)。開(kāi)始時(shí)，可以運行一些簡(jiǎn)單的任務(wù)和時(shí)鐘節拍中斷任務(wù)，如果調試成功就可以在上面添加應用程序。

　　μC/OS-II移植完成以后，就要在這個(gè)實(shí)時(shí)內核之上編寫(xiě)接口驅動(dòng)程序。由于嵌入式操作系統體積更小，功能更強，且快速、穩定，更具有針對性，因此不像其它操作系統那樣，對系統的所有接口設備都需要驅動(dòng)、管理、調度和監視。由于嵌入式產(chǎn)品是針對特殊的用途而設計的，有很強的專(zhuān)一性，因此，在編寫(xiě)驅動(dòng)程序時(shí)內容更精簡(jiǎn)，更具有穩定性，編寫(xiě)出的驅動(dòng)模塊更小。編寫(xiě)驅動(dòng)程序應完成以下基本功能：①對設備初始化和釋放；②把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據；③讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；④檢測和處理設備出現的錯誤。實(shí)現了以上功能以后，一個(gè)嵌入式操作系統就基本構成了。

　　完成了μC/OS-II的移植和驅動(dòng)程序的編寫(xiě)以后，利用操作系統提供的API函數編寫(xiě)應用程序，調用μC/OS-II中與應用程序相關(guān)的系統服務(wù)。調試通過(guò)后，固化到目標板上，這個(gè)嵌入式應用軟件就完成了。