μC／OS-II在SOPC中的硬件實(shí)現

本人在教學(xué)及科研實(shí)驗中，對基于μC/OS-II的多任務(wù)系統在SOPC中的設計總結出了具體實(shí)現方法。經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證，該方法簡(jiǎn)單、可靠，值得推廣。

1 μC/OS實(shí)時(shí)操作系統

μC/OS-II是一個(gè)可移植、可裁剪、占先式、實(shí)時(shí)的多任務(wù)內核，主要有任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號量管理、消息郵箱管理、列隊管理、內存管理等。由于絕大部分代碼都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只有極少部分與處理器密切相關(guān)的代碼是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，用戶(hù)只要做很少的工作就可以把它移植到各類(lèi)8位、16位、32位處理器上。另外，μC/OS-II的構思巧妙，結構簡(jiǎn)單、精煉，可讀性強，有足夠的穩定性和安全性，具備了實(shí)時(shí)操作系統的全部功能，在嵌入式系統領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。

2 硬件設計

基于μC/OS-II的多任務(wù)系統在SOPC系統中的硬件實(shí)現與普通SOPC硬件設計相同，使用Quartus II創(chuàng )建設計工程，工程創(chuàng )建完成之后，創(chuàng )建頂層實(shí)體。創(chuàng )建完頂層設計文件后，使用SOPC Builder創(chuàng )建Nios II嵌入式處理器，添加、配置系統的外設IP，組成Nios II系統模塊。Nios II系統模塊設計完成之后要加入到該頂層實(shí)體中，然后進(jìn)行其他片上邏輯的開(kāi)發(fā)。系統整體開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。


3 軟件開(kāi)發(fā)

利用Nios II IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C/C++語(yǔ)言編程設計。根據多任務(wù)系統的實(shí)際情況確定任務(wù)棧大小，并定義個(gè)任務(wù)棧;依照任務(wù)輕重緩急設定優(yōu)先級，創(chuàng )建和編寫(xiě)各具體任務(wù)，最后調用OSSTat()啟動(dòng)MicroC/OS-II。具體開(kāi)發(fā)流程如圖2所示。


4 具體實(shí)現方法

本文涉及內容已在Nios development Board CycloneII(EP2C35)中實(shí)現。通過(guò)在Quartus II中使用SOPCBuilder建立一個(gè)Nios II最小系統，然后在Nios II IDE編寫(xiě)基于μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統的應用程序，同時(shí)運行3個(gè)任務(wù)，分別是LED跑馬燈、步進(jìn)電機運行控制、LCD16207顯示字符。具體電路如圖3所示。


結 語(yǔ)

該方案已經(jīng)在具體項目中實(shí)現。如果組成多任務(wù)的單任務(wù)能夠可靠運行，只要把Nios II IDE環(huán)境下的System Library設置成MicroC/OS-II，在源程序里加入μC/OS-II多任務(wù)的相關(guān)函數及必要的參數，把各個(gè)單任務(wù)程序整合到程序中，就可以在極短時(shí)間完成多任務(wù)的設計。若想開(kāi)發(fā)成多任務(wù)專(zhuān)用集成電路(ASIC)，可以保持上述開(kāi)發(fā)過(guò)程不變，使用Stratix FPGA系列芯片，在需要時(shí)，通過(guò)Altera的HardCopy設計中心將由FPGA構成的系統無(wú)縫移植為低成本、功能等價(jià)、引腳兼容的HardCopyII結構化的ASIC，是一個(gè)值得推廣的成熟、高效的設計方案。