Qsys與uCOS學(xué)習筆記3：Hello uC/OS-II

　　uC/OS-II(又名Micro C/OS)是基于嵌入式系統的完整的，可移植、可固化、可裁剪的可剝奪型實(shí)時(shí)內核，其已經(jīng)廣泛應用在航空飛行器、醫療設備、工業(yè)控制等可靠性和穩定性要求較高的場(chǎng)合。該內核的代碼也是完全開(kāi)源的，如果不做商業(yè)用途，完全免費。因此對于廣大的嵌入式愛(ài)好者與工程師們而言，了解OS從uC/OS-II開(kāi)始不失為一個(gè)很好的選擇。

　　之前是使用特權同學(xué)自己的SF-NIOS2開(kāi)發(fā)套件進(jìn)行了EDS上的uC/OS-II樣板工程測試，為了當前學(xué)習筆記的持續性，這里重新就DE2-115板重新整理一個(gè)Hello uC/OS-II實(shí)例的創(chuàng )建和演示。

　　Qsys組件添加

　　在一個(gè)工程實(shí)例基礎上，添加一個(gè)Interval Timer外設，設置該Timer的定時(shí)Period為10ms，用于作為uC/OS-II的時(shí)鐘節拍(Clock tick)，如圖1所示。

　　圖1

　　修改該Timer外設名稱(chēng)為ucosii_timer。將它的clk和reset信號分別連接到clk組件的clk和clk_reset信號上，將它的Avalon從機接口s1連接到nios_qsys_0的data_master上，并將它的irq連接到nios_qsys_0的d_irq上。

　　圖2

　　自動(dòng)分配地址，點(diǎn)擊SystemàAssign Base Addresses。自動(dòng)分配中斷向量號，點(diǎn)擊SystemàAssign Interrupt Numbers，接著(zhù)點(diǎn)擊Generate生成新的系統。

　　完成Qsys新系統的Generate，接著(zhù)重新編譯Quartus II的project。自此，硬件的修改已經(jīng)就緒。

　　軟件工程創(chuàng )建

　　如圖3所示，打開(kāi)EDS后，點(diǎn)擊FileàNewàNios II Application and BSP from Template新建模板工程。

　　圖3

　　如圖4所示，在新建工程向導中，選擇SOPC Information File name為當前工程目錄下的sopcinfo文件。Project name命名為ucosii_swprj，選擇Project template為Hello MicroC/OS II。最后點(diǎn)擊Finish創(chuàng )建工程。

　　圖4

　　新建工程出現在工程管理窗口后，右鍵單擊ucosii_swprj文件夾，選擇NIOS IIàBSP Editor，如圖5所示。

　　圖5

　　如圖6所示，確定Main頁(yè)面中Common里面的stderr/stdin/stdout均為jtag_uart，ucosii_timer為sys_clk_timer即可。點(diǎn)擊Generate更新設置。

　　圖6

　　右鍵點(diǎn)擊應用工程，選擇Build Project進(jìn)行軟件工程編譯。完成后Console窗口打印如圖7所示的信息，可見(jiàn)這個(gè)uC/OS-II內核以及軟件的HAL占用了大約94KB的存儲空間，uC/OS-II其實(shí)還是很小的，只不過(guò)NIOS II各種外設的HAL比較大，不過(guò)也都是可以裁剪的。

　　圖7

　　uC/OS-II運行調試

　　首先將Quartus II工程產(chǎn)生的sof硬件配置文件燒錄到FPGA中。

　　接著(zhù)應用工程上點(diǎn)擊右鍵彈出菜單選擇Run asàNios II Hardware，在線(xiàn)運行uC/OS-II實(shí)例工程。

　　這個(gè)uC/OS-II工程的實(shí)驗目的只是創(chuàng )建兩個(gè)task分別打印一串字符，正如readme所描述：

　　Readme - Hello MicroC/OS-II Hello Software Example

　　Hello_uosii is a simple hello world program running MicroC/OS-II. The

　　purpose of the design is to be a very simple application that just

　　demonstrates MicroC/OS-II running on NIOS II. The design doesn't account

　　for issues such as checking system call return codes. etc.

　　在NIOS II Console中，我們可以看到最終運行的效果，如圖8所示，兩個(gè)任務(wù)所打印的字符串”Hello from task1”和”Hello from task2”循環(huán)出現。

　　圖8

　　主要實(shí)例源碼如下：

　　#include

　　#include "includes.h"

　　/* Definition of Task Stacks */

　　#define TASK_STACKSIZE 2048

　　OS_STK task1_stk[TASK_STACKSIZE];

　　OS_STK task2_stk[TASK_STACKSIZE];

　　/* Definition of Task Priorities */

　　#define TASK1_PRIORITY 1

　　#define TASK2_PRIORITY 2

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task1(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task1n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task2(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task2n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　/* The main function creates two task and starts multi-tasking */

　　int main(void)

　　{

　　OSTaskCreateExt(task1,

　　NULL,

　　(void *)&task1_stk[TASK_STACKSIZE-1],

　　TASK1_PRIORITY,

　　TASK1_PRIORITY,

　　task1_stk,

　　TASK_STACKSIZE,

　　NULL,

　　0);

　　OSTaskCreateExt(task2,

　　NULL,

　　(void *)&task2_stk[TASK_STACKSIZE-1],

　　TASK2_PRIORITY,

　　TASK2_PRIORITY,

　　task2_stk,

　　TASK_STACKSIZE,

　　NULL,

　　0);

　　OSStart();

　　return 0;

　　}

　　源碼中，一個(gè)標準的uC/OS-II工程，如圖9所示，初始化時(shí)調用OSInit();函數;接著(zhù)調用OSTaskCreate();或OSTaskCreateExt();函數創(chuàng )建用戶(hù)任務(wù);最后調用OSStart();函數運行任務(wù)。這里的main函數里雖然沒(méi)有出現OSInit();函數，但實(shí)際上在HAL后臺外設初始化時(shí)候肯定調用了。中間是任務(wù)的創(chuàng )建，這里創(chuàng )建兩個(gè)任務(wù)task1和task2，優(yōu)先級分別為1和2，并且分配了相應的堆?？臻g。在兩個(gè)任務(wù)中，分別打印字符串”Hello from task1”和”Hello from task2”，字符串打印后調用OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);函數做了3s的延時(shí)。如果修改這個(gè)延時(shí)時(shí)間，打印效果會(huì )發(fā)生改變，根據延時(shí)的情況，Console窗口出現的打印字樣頻率和速度會(huì )不一樣。

　　圖9

　　前面提到我們的實(shí)例其實(shí)是有OSInit();函數存在的，而且是在系統的main();函數之前就調用了。這里也探個(gè)究竟，也算是給大家講講NIOS II的軟件執行順序吧。NIOS II軟件在上電后其實(shí)并非如同一幫的裸奔的嵌入式軟件一樣直接從main();函數開(kāi)始執行程序，而是先執行HAL里面的alt_main();函數，這個(gè)函數在bsp工程下的HALàsrc里面，找到名為alt_main();的函數便是。

　　圖10

　　打開(kāi)alt_main.c源代碼文件后，如圖11所示，alt_main();函數中執行了Qsys系統的幾乎所有可用外設的初始化，因為我們這個(gè)模板工程用的是uC/OS-II的例子，所以必有其初始化，圖11中的ALT_OS_INIT();便是。如果右擊該函數，選擇Open Declaration，則我們便能看到這樣的定義：

　　#define ALT_OS_INIT() OSInit();

　　圖11

　　再來(lái)簡(jiǎn)單的熟悉一下這個(gè)模板工程中所涉及的幾個(gè)函數，包括OSInit();函數、OSTaskCreate();函數、OSTaskCreateExt();函數、OSStart();函數。

　　OSInit();函數

　　void OSInit (void)

　　在使用uC/OS-II的任何功能之前，必須調用該函數。該函數建立了兩個(gè)任務(wù)：空閑任務(wù)——在所有其他任務(wù)均未就緒時(shí)運行;統計任務(wù)——計算CPU的利用率。此外，該函數也對uC/OS-II所有的變量和數據結構進(jìn)行初始化。

　　OSTaskCreate();函數

　　INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *p_arg),

　　void *p_arg,

　　OS_STK *ptos,

　　INT8U prio)

　　除了OSInit();函數執行時(shí)為系統建立的2個(gè)基本任務(wù)(優(yōu)先級最低的2個(gè)任務(wù))，uC/OS-II建議用戶(hù)另外保留2個(gè)優(yōu)先級最低的任務(wù)和4個(gè)優(yōu)先級最高的任務(wù)，為了將來(lái)的內核升級只用，當然了，其實(shí)也可以不保留。所以，通常來(lái)講，用戶(hù)至少可以建立56個(gè)任務(wù)。

　　OSTaskCreate();函數有4個(gè)入口參數，其含義分別為：task是指向任務(wù)代碼的指針;p_arg是任務(wù)開(kāi)始執行時(shí)，傳遞給任務(wù)的參數的指針;ptos是分配給任務(wù)的堆棧的棧頂指針;prio是分配給任務(wù)的優(yōu)先級。

　　OSTaskCreateExt();函數

　　INT8U OSTaskCreateExt (void (*task)(void *p_arg),

　　void *p_arg,

　　OS_STK *ptos,

　　INT8U prio,

　　INT16U id,

　　OS_STK *pbos,

　　INT32U stk_size,

　　void *pext,

　　INT16U opt)

　　OSTaskCreateExt();函數其實(shí)是OSTaskCreate();函數的擴展，前4個(gè)參數的定義用法完全一致，后面5個(gè)入口參數的定義為：id是為要建立的任務(wù)創(chuàng )建一個(gè)特殊標志符，主要是保留為了將來(lái)內核升級使用，當前只要將此參數值設置成和任務(wù)的優(yōu)先級一樣就行;pbos指向任務(wù)堆棧棧底的指針，用于堆棧的檢驗;stk_size用于指定堆棧的容量;pext指向用戶(hù)附加的數據域的指針，用來(lái)擴展任務(wù)的任務(wù)控制塊OS_TCB;opt用于設定OSTaskCreateExt();的選項，指定是否允許堆棧的檢驗，是否將堆棧清0，任務(wù)是否要進(jìn)行浮點(diǎn)操作等。

　　OSStart();函數

　　void OSStart (void)

　　該函數負責從任務(wù)就緒表中找出用戶(hù)建立的優(yōu)先級最高的任務(wù)控制塊，并開(kāi)始執行這個(gè)任務(wù)。調用該函數后，軟件就將控制權交給了uC/OS-II的內核，開(kāi)始運行多任務(wù)。在調用該函數之前，必須先建立一個(gè)任務(wù)，否則，應用程序將會(huì )崩潰。

　　NIOS II上的uC/OS-II移植，其實(shí)就這么簡(jiǎn)單。當然了，如果要不斷的深入進(jìn)去，一定大有學(xué)問(wèn)。