在AndesCore N1033A-S處理器實(shí)現(xiàn)μC/OS-II的移植

μC/OS-II是一種代碼公開、可裁剪的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。該內(nèi)核通過實(shí)現(xiàn)搶占式任務(wù)調(diào)度算法和多任務(wù)間通信等功能，使之具有執(zhí)行效率高、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。另外，其占用空間非常?。ㄗ钚】刹眉糁?KB）并且具有高度可移植性，因此被廣泛的應(yīng)用于微處理器和微控制器上。

晶心科技 （Andes）作為亞洲首家原創(chuàng)性32位微處理器IP與系統(tǒng)芯片平臺設(shè)計(jì)公司，推出的AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S, 搭配應(yīng)用廣泛的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II以及相關(guān)的軟硬件開發(fā)資源，有效的幫助客戶降低現(xiàn)有成本、提升系統(tǒng)效能、減少系統(tǒng)功耗，并縮短產(chǎn)品開發(fā)上市時(shí)程。本文將介紹如何將μC/OS-II移植到AndesCore™ N1033A-S處理器上。

1. 開發(fā)環(huán)境及處理器介紹

1.1 軟/硬件開發(fā)環(huán)境

本移植過程使用的軟件環(huán)境是AndeSight? v1.4集成開發(fā)套件，它是晶心科技最新推出的針對各種AndesCore?的軟件集成開發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調(diào)試器、分析器以及強(qiáng)大的ESL工具。硬件平臺采用晶心科技的FPGA評估板ADP-XC5,該評估板采用AndesCore? N1033A-S作為處理器內(nèi)核，并具有豐富的片上資源。

AndesCore™ N1033A-S介紹

AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S是一款哈弗結(jié)構(gòu)的32位RISC處理器內(nèi)核，具有5級流水線（pipeline）及動態(tài)分支預(yù)測（Dynamic branch predicTION）架構(gòu)。N1033A-S新加入了最新AndeSTar™ V2 指令集，把CPU效能推至1.66DMIPS/Mhz之上。同時(shí)還實(shí)現(xiàn)完整的Audio指令集，達(dá)到完全整合CPU與DSP功能的目標(biāo)。N1033A-S還支持向量中斷模式以及2D 直接內(nèi)存訪問（DMA）功能，更為實(shí)時(shí)信號處理添增效能。

2. μC/OS-II在N1033A-S上的可移植性分析

μC/OS-II具有高度可移植性，目前已經(jīng)移植到近40多種處理器體系上，涵蓋從8位到64位的各種CPU（包括DSP）。

μC/OS-II的正常運(yùn)行需要處理器平臺滿足以下要求： 1）處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；2）用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷；3）處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷；4）處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧；5）處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。

AndesCore? N1033A-S內(nèi)部提供了32個通用寄存器，其中R31被用來做專門的堆棧指針。32根地址線最多可訪問4GB存儲單元，因此只要系統(tǒng)RAM空間允許，堆棧空間理論不會產(chǎn)生限制。N1033A-S處理器提供的AndeStar? V2指令集包含了豐富且十分高效的對堆棧進(jìn)行操作的指令。例如指令SMW（store multiple word）可實(shí)現(xiàn)僅使用一條指令將多個寄存器的值存儲到堆棧中并同時(shí)更新堆棧指針位置，而且還能很好的處理地址非對齊字的存取。N1033A-S支持中斷并能產(chǎn)生定時(shí)器中斷，處理器中的PSW（Processor Status Word）寄存器中包含一個全局中斷禁止位GIE,控制它便可實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉中斷。此外，AndeSight?集成開發(fā)環(huán)境中內(nèi)置的編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼，并且支持內(nèi)聯(lián)匯編，C環(huán)境中可以任意進(jìn)行開關(guān)中斷的操作。綜上所述，μC/OS-II完全可以移植到N1033A-S上運(yùn)行。

3. 移植步驟

為了方便移植，大部分的μC/OS-II代碼是用C語言寫的，用戶只需要用C語言和匯編語言寫一些與處理器相關(guān)的代碼就可以實(shí)現(xiàn)移植。這部分工作的內(nèi)容包括：一個完成基本設(shè)置的頭文件os_cpu.h、一個與處理器相關(guān)的匯編文件os_cpu_a.S和一個與操作系統(tǒng)相關(guān)的C代碼文件os_cpu_c.c.

3.1在os_cpu.h中完成基本的配置和定義

3.1.1. 定義與處理器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型

為保證可移植性，μC/OS-II沒有直接使用C語言中的short、int和long等數(shù)據(jù)類型的定義，因?yàn)椴煌奶幚砥饔胁煌淖珠L。對于N1033A-S這樣的32位處理器，其數(shù)據(jù)類型定義實(shí)現(xiàn)如下：

3.1.2. 定義中斷禁止/允許宏

做為實(shí)時(shí)內(nèi)核，μC/OS-II需要先禁止中斷再訪問代碼臨界區(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（）。在N1033A-S處理器上的實(shí)現(xiàn)代碼如下

GIE_SAVE 和GIE_RESTORE的實(shí)現(xiàn)如下：

中斷禁止時(shí)間是判斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重要指標(biāo)之一。中斷禁止時(shí)間能否達(dá)到最短，不僅與操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有關(guān)，還依賴于處理器結(jié)構(gòu)和編譯器產(chǎn)生的代碼質(zhì)量。從上面的實(shí)現(xiàn)代碼看到，由于Andes處理器提供了setgie.d和setgie.e兩條直接控制中斷的開關(guān)的指令，整個禁止/允許中斷的過程經(jīng)過編譯器產(chǎn)生的機(jī)器碼只有3/2條，最大限度地減小了中斷禁止時(shí)間。

3.1.3. 定義棧增長方向

μC/OS-II使用結(jié)構(gòu)常量OS_STK_GROWTH來指定堆棧的增長方式，設(shè)置為0表示堆棧從下往上增長，設(shè)置為1表示從上往下增長。這里我們定義成后者，即堆棧的增長方向是從內(nèi)存高地址向低地址方向遞減并且堆棧指針總是指向棧頂數(shù)據(jù)：

3.1.4.定義OS_TASK_SW（）宏

OS_TASK_SW（）是一個宏，它在μC/OS-Ⅱ從低優(yōu)先級任務(wù)切換到最高優(yōu)先級任務(wù)時(shí)被調(diào)用的。任務(wù)切換只是簡單的將處理器寄存器保存到將被掛起的任務(wù)的堆棧中，并且將更高優(yōu)先級的任務(wù)從堆棧中恢復(fù)出來?？刹捎脙煞N方式定義這個宏，使用軟中斷將中斷向量指向OSCtxSW（）函數(shù)；或者直接調(diào)用OSCtxSW（）函數(shù)，這里我們采用后者（OSCtxSW（）函數(shù)的實(shí)現(xiàn)將在后面介紹）：