UC/OS II嵌入式技術(shù)

3 主體移植過程

3.1 設(shè)置與處理器及編譯器相關(guān)的代碼[OS_CPU.H]

不同的編譯器會使用不同的字節(jié)長度來表示同一數(shù)據(jù)類型，所以要定義一系列數(shù)據(jù)類型以確保移植的正確性。下面是uC/OS II定義的一部分?jǐn)?shù)據(jù)類型。

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U;

typedef signed char INT16S;

typedef unsigned int INT16U;

typedef signed int INT16S;

typedef unsigned long INT32U;

typedef signed long INT32S;

typedef float FP32;

typedef double FP64;

typedef unsigned int OS_STK;

typedef unsigned int OS_CPU_SR;

uC/OS II需要先關(guān)中斷再訪問臨界區(qū)的代碼，并且在訪問完后重新允許中斷。uC/OS II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，本移植實現(xiàn)這兩個宏的匯編代碼。

#define OS_ENTER_CRITICAL()(cpu_sr=OSCPUSaveSR())

#define OS_EXIT_CRITICAL()(OSCPURestoreSR(cpu_sr))

EXPORT OSCPUSaveSR

OSCPUSaveSR

mrs r1,cpsr

mov r0,r1

orr r1,r1,#0xc0

msr cpsr_cxsf,r1

mov pc,lr

EXPORT OSCPURestoreSR

OSCPURestoreSR

msr cpsr_cxsf,r0

mov pc,lr

3.2 用C語言實現(xiàn)與處理器任務(wù)相關(guān)的函數(shù)[OS_CPU_C.C]

OSTaskStkInit()

OSTaskCreateHook()

OSTaskDelHook()

OSTaskSwHook()

OSTaskStatHook()

OSTimeTickHook()

實際需要修改的只有OSTaskStkInit()函數(shù)，其他五個函數(shù)需要聲明，但不一定有實際內(nèi)容。這五個函數(shù)都是用戶定義的，所以O(shè)S_CPU_C.C中沒有給出代碼。如果需要使用這些函數(shù)，可以將文件OS_CFG.H中的#define constant OS_CPU_HOOKS_EN設(shè)為1，設(shè)為0表示不使用這些函數(shù)。

OSTaskStkInit()函數(shù)由OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調(diào)用，需要傳遞的參數(shù)是任務(wù)代碼的起始地址、參數(shù)指針(pdata)、任務(wù)堆棧頂端的地址和任務(wù)的優(yōu)先級，用來初始化任務(wù)的堆棧，初始狀態(tài)的堆棧模擬發(fā)生一次中斷后的堆棧結(jié)構(gòu)。堆棧初始化工作結(jié)束后，OSTaskStkInit()返回新的堆棧棧頂指針，OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()將指針保存在任務(wù)的OS_TCB中。調(diào)用OSTaskStkInit()給任務(wù)做一個初始的任務(wù)上下文堆棧，形狀如圖3。

3.3 處理器相關(guān)部分匯編實現(xiàn)

整個uC/OS II移植實現(xiàn)中，只需要提供一個匯編語言文件，提供幾個必須由匯編才能實現(xiàn)的函數(shù)。

a)OSStartHighRdy()

該函數(shù)在OSStart()多任務(wù)啟動之后，負責(zé)從最高優(yōu)先級任務(wù)的TCB控制塊中獲得該任務(wù)的堆棧指針sp，通過sp依次將CPU現(xiàn)場恢復(fù)，此時系統(tǒng)就將控制權(quán)交給用戶創(chuàng)建的該任務(wù)的進程，直到該任務(wù)被阻塞或者被其他更高優(yōu)先級的任務(wù)搶占了CPU。該函數(shù)僅僅在多任務(wù)啟動時被執(zhí)行一次，用來啟動第一個，也就是最高優(yōu)先級的任務(wù)執(zhí)行。

b)OSCtxSw()

該函數(shù)是任務(wù)級的上下文切換函數(shù)，在任務(wù)因為被阻塞而主動請求與CPU調(diào)度時執(zhí)行，主要工作是先將當(dāng)前任務(wù)的CPU現(xiàn)場保存到該任務(wù)堆棧中，然后獲得最高優(yōu)先級任務(wù)的堆棧指針，從該堆棧中恢復(fù)此任務(wù)的CPU現(xiàn)場，使之繼續(xù)執(zhí)行，從而完成一次任務(wù)切換。

C)OSIntExit()

該函數(shù)是中斷級的任務(wù)切換函數(shù)，在時鐘中斷ISR中發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級任務(wù)在等待時，需要在中斷退出后不返回被中斷的任務(wù)，而是直接調(diào)度就緒的高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行。其目的在于能夠盡快讓高優(yōu)先級的任務(wù)得到響應(yīng)，保證系統(tǒng)的實時性能。

d)OSTickISR()

該函數(shù)是時鐘中斷處理函數(shù)，主要任務(wù)是負責(zé)處理時鐘中斷，調(diào)用系統(tǒng)實現(xiàn)的OSTimeTick函數(shù)，如果有等待時鐘信號的高優(yōu)先級任務(wù)，則需要在中斷級別上調(diào)度其執(zhí)行。另外兩個相關(guān)函數(shù)是OSIntEnter()和OSIntExit()，都需要在ISR中執(zhí)行。

4 測試

至此代碼移植過程已經(jīng)完成，下一步工作就是測試。測試一個象uC/OS II一樣的多任務(wù)實時內(nèi)核并不復(fù)雜，甚至可以在沒有應(yīng)用程序的情況下測試。換句話說，就是讓這個實時內(nèi)核在目標(biāo)板上跑起來，讓內(nèi)核自己測試自己。這樣做有兩個好處：第一，避免使本來就復(fù)雜的事情更加復(fù)雜;第二，如果出現(xiàn)問題，可以知道問題出在內(nèi)核代碼上而不是應(yīng)用程序。剛開始的時候可以運行一些簡單的任務(wù)和時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)例程。一旦多任務(wù)調(diào)度成功地運行了，再添加應(yīng)用程序的任務(wù)就是非常簡單的工作了。

5 結(jié)束語

采用基于ARM9的S3C2410嵌入式微處理器，可以使系統(tǒng)具備高性能的運算能力的同時便于與各種外設(shè)連接擴展，簡化了硬件設(shè)計，維持小型化的同時降低了系統(tǒng)成本。uC/OS II作為一個源代碼公開的操作系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，并且支持uIP TCP/IP協(xié)議棧、ucGUI等，可擴展性強，功能強大。本系統(tǒng)采ARM9+uC/OS II開發(fā)設(shè)計，具有精度高、運行穩(wěn)定、實時性好、抗干擾能力強、性價比高的特點，可以在各種工業(yè)場合中廣泛應(yīng)用，達到了設(shè)計的初衷

μC/OS-II作為一個嵌入式實時操作系統(tǒng)，自1992年以來，因其源代碼的完全公開和優(yōu)越性能，已為眾多的愛好者和開發(fā)人員所了解并得到了廣泛應(yīng)用。μC/OS-II是一個占先式內(nèi)核，執(zhí)行時間可確定(即函數(shù)的調(diào)用與服務(wù)的時間是可知的，不依賴于應(yīng)用程序的大小)，目前最多支持64個任務(wù)(8個為系統(tǒng)保留)，總是執(zhí)行處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)。目前，51系列及其擴展型單片機仍在單片機應(yīng)用系統(tǒng)占較大比重，因而詳細介紹μC/OS-II在AT89C51上的移植實現(xiàn)過程，解決移植過程中出現(xiàn)的問題，有很大的實用意義。