uC/OS-II在EP7312上的移植

摘要：首先介紹μC/OS-II操作系統的特點，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。 關鍵詞：嵌入式操作系統 μC/OS-II EP7312 引 言 　　隨著Internet和后PC時代的到來，嵌入式系統的應用愈來愈廣泛，嵌入式產品在人們的生活中無處不在。今天，嵌入式系統帶來的工業(yè)年產值已超過 1萬億美元，已經在IT產業(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(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。在特定的操作系統之上開發(fā)應用軟件，可以讓程序開發(fā)人員屏蔽掉很多低層硬件細節(jié)，使得應用程序調試方便、移植簡單、易維護，同時開發(fā)周期也短。目前，實時操作系統很多，如 VxWorks、Window CE、pSOS、QNX、LynxOS等等。這些操作系統都具有高可靠性、很強的實時性等特點，但它們都是商業(yè)操作系統，價格昂貴，人們往往很難接受。 μC/OS-II的出現是對這些商業(yè)操作系統的一個很大的沖擊。μC/OS-II是源碼公開的實時操作系統，是一個自由操作系統。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，使操作系統變得小巧、靈活，并且能滿足用戶特定操作系統的需要。 1 μC/OS-II簡介 　　μC/OS-II并非一個完整的實時操作系統，它只是一個實時內核。μC/OS-II不像其它實時操作系統一樣，提供給用戶的是一個標準的API函數，程序開發(fā)人員利用操作系統提供的API函數進行應用程序的開發(fā)。要想在μC/OS-II內核上進行應用程序的開發(fā)，就需要程序開發(fā)人員在實時內核的基礎上建立自己的實時操作系統。首先，把μC/OS-II移植到自己的硬件目標板上，寫出相應的驅動程序以及用戶圖形界面等等;在這些接口函數之上，加上用戶自己的應用程序，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語言可擴展，可連接匯編模塊，使得關中斷、開中斷能在C語言程序中實現。Cirrus Logic公司生產的EP7312芯片內部采用的是ARM720T處理器，內部有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行操作。堆棧指針指向最后壓入堆棧的有效數據，稱為滿堆棧(full stack);堆棧指針指向下一個數據項放入的空位置，稱為空堆棧(empty stack)。根據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語言寫的，但是完成和處理器一些有關的代碼時，還是必須要用匯編語言來實現的。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。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編譯器能產生可重入代碼; 　② 用C語言可以打開和關閉中斷; ?、? 處理器支持中斷，并且能夠產生定時中斷(通常在10"100Hz之間); ?、?處理器能夠支持容納一定量數據的硬件堆棧; 　⑤ 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部分。 (1)設置與編譯器有關的代碼[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據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等數據類型，這些都是和編譯器相關的。下面就是μC/OS-II定義的一部分數據類型。 typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; /*無符號8位整數 */ typedef signed char INT8S; /*有符號8位整數 */ typedef unsigned int INT16U; /*無符號16位整數 */ typedef signed int INT16S; /*有符號16位整數 */ typedef unsigned long INT32U; /*無符號32位整數 */ typedef signed long INT32S; /*有符號32位整數 */ typedef float FP32; /*單精度浮點數 */ typedef double FP64; /*雙精度浮點數 */ 　　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[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： OSStartHighRdy() OSCtxSw() OSIntCtxSw() UCOS_IRQHandler 詳細內容見本刊網絡補充版(http://www.dpj.com.cn)。 　　(3)用C語言編寫6個與操作系統有關的函數[OS_CPU_C.C] 這6個函數是： OSTaskStkInit() OSTaskCreatHook() OSTaskDelHook() OSTaskSwHook() OSTaskStatHook() OSTaskTickHook() 　　這6個函數只對OSTaskStkInit()編寫代碼，后5個函數必須聲明，但是內部并沒有代碼。OSTaskCreate()和 OSTaskCreateExt()通過調用OSTaskStkInit()來初始化任務的堆棧結構。這個函數的移植代碼，可參考文獻[3]。 3 測試、編寫驅動和應用程序 　　做完以上工作以后，就要測試移植的是否正確。測試一個μC/OS-II實時內核并不復雜，就是讓這個實時內核在自己的目標板上跑起來。開始時，可以運行一些簡單的任務和時鐘節(jié)拍中斷任務，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，就要在這個實時內核之上編寫接口驅動程序。由于嵌入式操作系統體積更小，功能更強，且快速、穩(wěn)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、管理、調度和監(jiān)視。由于嵌入式產品是針對特殊的用途而設計的，有很強的專一性，因此，在編寫驅動程序時內容更精簡，更具有穩(wěn)定性，編寫出的驅動模塊更小。編寫驅動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。實現了以上功能以后，一個嵌入式操作系統就基本構成了。 　　完成了μC/OS-II的移植和驅動程序的編寫以后，利用操作系統提供的API函數編寫應用程序，調用μC/OS-II中與應用程序相關的系統服務。調試通過后，固化到目標板上，這個嵌入式應用軟件就完成了。[!--empirenews.page--]