μC/OS-Ⅱ在ARM單片機(jī)S3C44B0x上的移植

　　引 言

　　目前，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制、家用電器、移動(dòng)通信、PDA等各種領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于用戶對(duì)嵌入式產(chǎn)品的性能要求越來(lái)越高，程序設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越復(fù)雜，這就需要一個(gè)通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行管理和控制。對(duì)移植了操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，可以大大減小程序員的負(fù)擔(dān)，對(duì)于不同的應(yīng)用可以按照相同的步驟來(lái)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　μC/OS-Ⅱ是一種簡(jiǎn)單高效、源代碼公開(kāi)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性，被廣泛的應(yīng)用到各種嵌人式處理器上。μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)擁有可固化，可裁剪，可剝奪性的實(shí)時(shí)內(nèi)核，可同時(shí)管理64個(gè)系統(tǒng)任務(wù)。利用移植μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)的嵌入式微處理器來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，對(duì)于提高產(chǎn)品的性能，減少產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本有著重要的意義。在此較詳細(xì)地分析和介紹了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ在ARM系列單片機(jī)S3C44B0x上的移植過(guò)程。

　　1 μCOS-Ⅱ概述

　　μCOS-Ⅱ是一種源代碼公開(kāi)、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪性實(shí)時(shí)內(nèi)核的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μCOS-Ⅱ是用ANSI的C語(yǔ)言編寫(xiě)的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用，至今，從8位到64位，μCOS-Ⅱ已在超過(guò)40種不同架構(gòu)的微處理器上運(yùn)行。μCOS-Ⅱ是專門(mén)為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)問(wèn)的通信和同步等基本功能。μCOS-Ⅱ擁有一個(gè)可移植、可固化、可裁剪的實(shí)時(shí)內(nèi)核，它具有執(zhí)行效率高，占用空間小，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛地移植應(yīng)用到各種嵌入式微處理器中。

　　2 S3C44B0處理器概述

　　S3C44B0x微處理器采用高性能、低功耗的32位RISC內(nèi)核ARM7TDMI。 同時(shí)，S3C44B0x在ARM7TDMI核的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了一系列的外圍器件，使系統(tǒng)成本及外圍器件數(shù)目降低至最低，這些功能部件分為CPU單元，系統(tǒng)時(shí)鐘管理單元，存儲(chǔ)單元和系統(tǒng)功能接口單元，片上集成的主要功能如下：

　　在ARM7TDMI基礎(chǔ)上增加了8 KB的CACHE;外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器控制器;LCD控制器，并帶有1個(gè)LCD專用DMA通道;2個(gè)通用DMA通道，2個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的DMA;2個(gè)帶有握手協(xié)議的UART，1個(gè)SIO;1個(gè)I2C總線控制器;5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器;1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器;71個(gè)通用可編程I/O口，8個(gè)外部中斷源;功耗控制模式：正常、低、休眠和停止;8路10位ADC;具有日歷功能的RTC;PLL時(shí)鐘發(fā)生器等。

　　3 嵌入式操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ的移植

　　3.1 移植μCOS-Ⅱ的條件

　　所謂移植，就是使一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核能在其他的微處理器或微控制器上運(yùn)行。為方便移植，大部分μCOS-Ⅱ的代碼都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，但是仍需要用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫(xiě)與處理器硬件相關(guān)的代碼，這是因?yàn)?mu;COS-Ⅱ在讀/寫(xiě)處理器的寄存器時(shí)，只能通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，要使μCOS- Ⅱ正常運(yùn)行，處理器必須滿足以下要求：

　　(1)處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重人型代碼;

　　(2)處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常為10～100 Hz);

　　(3)用C語(yǔ)言就可以開(kāi)/關(guān)中斷;

　　(4)處理器能支持一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)硬件堆棧;

　　(5)處理器有將堆棧指針以及其他CPU寄存器的內(nèi)容讀出、并存儲(chǔ)到堆?；騼?nèi)存中去的指令。

　　ARM系列單片機(jī)S3C44B0x滿足以上的條件。所以可以將μCOS-Ⅱ移植應(yīng)用到S3C44B0x。

　　3.2 搭建移植環(huán)境

　　本次移植在如下的環(huán)境中完成：

　　(1)編譯工具采用ARM公司的ADS 1.2。ADS全稱為ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成開(kāi)發(fā)工具?，F(xiàn)在ADS的最新版本是1.2，它取代了早期的ADS 1.0和ADS 1.1。ADS 1.2由命令行開(kāi)發(fā)工具，ARM實(shí)時(shí)庫(kù)，GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以非常方便地為ARM系列的處理器編寫(xiě)和調(diào)試自己的應(yīng)用程序了。

　　(2)目標(biāo)板采用杭州立宇泰公司生產(chǎn)的S3C44B0x開(kāi)發(fā)板，主機(jī)通過(guò)JTAG連接目標(biāo)板以建立交叉開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境。

　　3.3 μCOS-Ⅱ的移植

　　μCOS-Ⅱ的硬件/軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，對(duì)μCOS-Ⅱ的移植其實(shí)就是對(duì)與處理器有關(guān)的代碼進(jìn)行重新編寫(xiě)或修改。

　　由圖1可知，移植μCOS-Ⅱ?qū)嶋H上就是分別對(duì)OSCPU.H，OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C這三個(gè)文件進(jìn)行重新編寫(xiě)或修改。由于在本次移植中是將μCOS-Ⅱ移植到ARM系列單片機(jī)S3CA4B0x中，接下來(lái)將結(jié)合S3CA4B0x微處理器的特性來(lái)具體介紹本次移植過(guò)程中所做的主要工作。

　　(1)移植OS_CPU.H文件

　　OS CPU.H文件中包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量和類(lèi)型的定義，與μCOS-Ⅱ所定義的變量類(lèi)型相一致;定義開(kāi)/關(guān)中斷的宏 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()來(lái)保護(hù)臨界段代碼免受多任務(wù)或中斷服務(wù)例程的干擾;定義棧的增長(zhǎng)方向，在本次移植中棧的增長(zhǎng)方向被定義為從上往下增長(zhǎng)，OS_STK_GROWTH的值定義為1。在移植該文件時(shí)，需要編寫(xiě)和修改的部分代碼如下所示：

　?、僭O(shè)置與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型

　　③設(shè)置堆棧的增長(zhǎng)方向

　　絕大多數(shù)的微處理器和控制器的堆棧是從上往下增長(zhǎng)的，但是也有一些處理器和控制器的堆棧增長(zhǎng)方向是從下往上增長(zhǎng)的μCOS-Ⅱ被設(shè)計(jì)成這兩種情況都可以處理，只要在結(jié)構(gòu)常量OS_STK_GROWTH中指定堆棧的增長(zhǎng)方式即可。在本次移植中堆棧的增長(zhǎng)方向被設(shè)置成從上往下增長(zhǎng)。

　　(2)移植OS_CPU_C.C文件

　　在該文件中需要編寫(xiě)10個(gè)簡(jiǎn)單的C函數(shù)它們分別是：