uC/OS-II在EP7312上的移植

摘要：首先介紹μC/OS-II操作系統(tǒng)的特點，重點分析μC/OS-II在EP7312上的移植方法，介紹μC/OS-II在EP7312中的開發(fā)過程。 關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng) μC/OS-II EP7312 引 言 　　隨著Internet和后PC時代的到來，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛，嵌入式產(chǎn)品在人們的生活中無處不在。今天，嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過 1萬億美元，已經(jīng)在IT產(chǎn)業(yè)中占有很大的比重。 　　通常，應(yīng)用程序?qū)η度胧杰浖幕疽笫求w積小、執(zhí)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(tǒng)。在特定的操作系統(tǒng)之上開發(fā)應(yīng)用軟件，可以讓程序開發(fā)人員屏蔽掉很多低層硬件細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序調(diào)試方便、移植簡單、易維護(hù)，同時開發(fā)周期也短。目前，實時操作系統(tǒng)很多，如 VxWorks、Window CE、pSOS、QNX、LynxOS等等。這些操作系統(tǒng)都具有高可靠性、很強(qiáng)的實時性等特點，但它們都是商業(yè)操作系統(tǒng)，價格昂貴，人們往往很難接受。 μC/OS-II的出現(xiàn)是對這些商業(yè)操作系統(tǒng)的一個很大的沖擊。μC/OS-II是源碼公開的實時操作系統(tǒng)，是一個自由操作系統(tǒng)。程序開發(fā)人員可以改寫源代碼，使之符合自己的要求。裁減掉不需要的部分，使操作系統(tǒng)變得小巧、靈活，并且能滿足用戶特定操作系統(tǒng)的需要。 1 μC/OS-II簡介 　　μC/OS-II并非一個完整的實時操作系統(tǒng)，它只是一個實時內(nèi)核。μC/OS-II不像其它實時操作系統(tǒng)一樣，提供給用戶的是一個標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)，程序開發(fā)人員利用操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。要想在μC/OS-II內(nèi)核上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)，就需要程序開發(fā)人員在實時內(nèi)核的基礎(chǔ)上建立自己的實時操作系統(tǒng)。首先，把μC/OS-II移植到自己的硬件目標(biāo)板上，寫出相應(yīng)的驅(qū)動程序以及用戶圖形界面等等;在這些接口函數(shù)之上，加上用戶自己的應(yīng)用程序，就構(gòu)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(nèi)部寄存器入棧、出棧指令;使用的C編譯器支持內(nèi)嵌匯編(inline assembly)或者該C語言可擴(kuò)展，可連接匯編模塊，使得關(guān)中斷、開中斷能在C語言程序中實現(xiàn)。Cirrus Logic公司生產(chǎn)的EP7312芯片內(nèi)部采用的是ARM720T處理器，內(nèi)部有37個寄存器。其中R13通常用作堆棧指針。堆棧尋址是隱含的，堆棧指針?biāo)付ǖ拇鎯卧褪嵌褩５臈ｍ?，堆棧尋址通常有兩種方式向上生長和向下生長。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(shù)據(jù)，稱為滿堆棧(full stack);堆棧指針指向下一個數(shù)據(jù)項放入的空位置，稱為空堆棧(empty stack)。根據(jù)堆棧的生長方向不同，可以生成4種類型的堆棧，即滿遞增、空遞增、滿遞減、空遞減。我們所使用的ARM SDT(ARM Software Development Kit)開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)含的編譯器，同樣也支持內(nèi)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，程序開發(fā)人員要把它移植到自己的目標(biāo)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(jié)構(gòu)。 　　雖然μC/OS-II大部分源代碼是用C語言寫的，但是完成和處理器一些有關(guān)的代碼時，還是必須要用匯編語言來實現(xiàn)的。寄存器的讀、寫只能通過匯編語言的存儲和加載指令來實現(xiàn)。要使μC/OS-II能夠正常工作， 處理器必須滿足以下要求： ?、?處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼; ?、?用C語言可以打開和關(guān)閉中斷; ?、? 處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時中斷(通常在10"100Hz之間); ?、?處理器能夠支持容納一定量數(shù)據(jù)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?nèi)存中的指令。 　　μC/OS-II的移植包括以下幾個部分。 (1)設(shè)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，所以必須定義一系列數(shù)據(jù)類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(shù)據(jù)類型，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?jǐn)?shù)據(jù)類型。 typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; /*無符號8位整數(shù) */ typedef signed char INT8S; /*有符號8位整數(shù) */ typedef unsigned int INT16U; /*無符號16位整數(shù) */ typedef signed int INT16S; /*有符號16位整數(shù) */ typedef unsigned long INT32U; /*無符號32位整數(shù) */ typedef signed long INT32S; /*有符號32位整數(shù) */ typedef float FP32; /*單精度浮點數(shù) */ typedef double FP64; /*雙精度浮點數(shù) */ 　　μC/OS-II需要先禁止中斷訪問代碼的臨界區(qū)，并且在訪問完畢后重新允許中斷。μC/OS-II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：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 　　(2)編寫4個匯編語言函數(shù)[OS_CPU_A.S] 　　μC/OS-II的移植實例要求用戶編寫4個簡單的匯編語言函數(shù)： OSStartHighRdy() OSCtxSw() OSIntCtxSw() UCOS_IRQHandler 詳細(xì)內(nèi)容見本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版(http://www.dpj.com.cn)。 　　(3)用C語言編寫6個與操作系統(tǒng)有關(guān)的函數(shù)[OS_CPU_C.C] 這6個函數(shù)是： OSTaskStkInit() OSTaskCreatHook() OSTaskDelHook() OSTaskSwHook() OSTaskStatHook() OSTaskTickHook() 　　這6個函數(shù)只對OSTaskStkInit()編寫代碼，后5個函數(shù)必須聲明，但是內(nèi)部并沒有代碼。OSTaskCreate()和 OSTaskCreateExt()通過調(diào)用OSTaskStkInit()來初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)。這個函數(shù)的移植代碼，可參考文獻(xiàn)[3]。 3 測試、編寫驅(qū)動和應(yīng)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μC/OS-II實時內(nèi)核并不復(fù)雜，就是讓這個實時內(nèi)核在自己的目標(biāo)板上跑起來。開始時，可以運行一些簡單的任務(wù)和時鐘節(jié)拍中斷任務(wù)，如果調(diào)試成功就可以在上面添加應(yīng)用程序。 　　μC/OS-II移植完成以后，就要在這個實時內(nèi)核之上編寫接口驅(qū)動程序。由于嵌入式操作系統(tǒng)體積更小，功能更強(qiáng)，且快速、穩(wěn)定，更具有針對性，因此不像其它操作系統(tǒng)那樣，對系統(tǒng)的所有接口設(shè)備都需要驅(qū)動、管理、調(diào)度和監(jiān)視。由于嵌入式產(chǎn)品是針對特殊的用途而設(shè)計的，有很強(qiáng)的專一性，因此，在編寫驅(qū)動程序時內(nèi)容更精簡，更具有穩(wěn)定性，編寫出的驅(qū)動模塊更小。編寫驅(qū)動程序應(yīng)完成以下基本功能：①對設(shè)備初始化和釋放;②把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù);③讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù);④檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤。實現(xiàn)了以上功能以后，一個嵌入式操作系統(tǒng)就基本構(gòu)成了。 　　完成了μC/OS-II的移植和驅(qū)動程序的編寫以后，利用操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)編寫應(yīng)用程序，調(diào)用μC/OS-II中與應(yīng)用程序相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)。調(diào)試通過后，固化到目標(biāo)板上，這個嵌入式應(yīng)用軟件就完成了。