μC／OS-Ⅱ在微處理器LH79520上的移植方案

隨著科技的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為了進(jìn)行射頻功率校準(zhǔn)系統(tǒng)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)，需要將嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS -Ⅱ移植到sharp lh79520微處理器上。分析了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的代碼結(jié)構(gòu)，接著，對(duì)目前流行的嵌入式微處理器sharp lh795 20的特點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，詳細(xì)介紹了μC／OS-Ⅱ在sharp lh79520處理器上的移植過(guò)程，特別對(duì)OS_CPU_A．ASM文件的修改給出了詳細(xì)的移植代碼，最后對(duì)移植的代碼進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試，結(jié)果表明移植后的μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行穩(wěn)定可靠，驗(yàn)證了移植的成功。

在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，Jean J．Labrosse開(kāi)發(fā)的μC／OS，由于開(kāi)放源代碼和強(qiáng)大而穩(wěn)定的功能，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域引起強(qiáng)烈反響。 μC／OS-Ⅱ開(kāi)放源代碼的方式使其不但知其然，還知其所以然。通過(guò)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入了解，能更加方便地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試；并且在這種條件下，完全可以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理的裁減、擴(kuò)充、配置和移植。自1992第1版問(wèn)世以來(lái)，已有成千上萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者把它成功地應(yīng)用于各種系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到認(rèn)證，現(xiàn)已經(jīng)通過(guò)美國(guó)FAA認(rèn)證。

1 μC／OS-Ⅱ簡(jiǎn)介

1．1 μC／OS-Ⅱ的特點(diǎn)

μC／OS-Ⅱ是一個(gè)完整、可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。μC／OS-Ⅱ用ANSIC語(yǔ)言編寫(xiě)，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可以供不同架構(gòu)的微處理器使用。μC／OS-Ⅱ可以管理64個(gè)任務(wù)，具有信號(hào)量、互斥信號(hào)量、事件標(biāo)志組、消息郵箱、消息隊(duì)列、任務(wù)管理、時(shí)間管理和內(nèi)存管理等系統(tǒng)功能。

μC／OS-Ⅱ可以大致分成核心、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信，CPU的移植等5個(gè)部分。μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要工作就是對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度。從應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，μC／OS-Ⅱ的任務(wù)就是一個(gè)線程，就是一個(gè)用來(lái)解決用戶問(wèn)題的C語(yǔ)言函數(shù)和與之相關(guān)聯(lián)的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的一個(gè)實(shí)體。

從任務(wù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)看，μC／OS-Ⅱ的任務(wù)由3個(gè)部分構(gòu)成：任務(wù)程序代碼、任務(wù)堆棧和任務(wù)控制塊。其中，任務(wù)控制塊用來(lái)保存任務(wù)屬性；任務(wù)堆棧用來(lái)保存任務(wù)工作環(huán)境；任務(wù)程序代碼是任務(wù)的執(zhí)行部分。

1．2 μC／OS-Ⅱ的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1說(shuō)明了μC／OS-Ⅱ的軟硬件體系結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用程序處于整個(gè)系統(tǒng)的頂層，每個(gè)任務(wù)都可以認(rèn)為自己獨(dú)占了CPU，因而可以設(shè)計(jì)成為一個(gè)無(wú)限循環(huán)。μC／OS-Ⅱ處理器無(wú)關(guān)的代碼，μC／OS-Ⅱ的系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)用程序可以使用這些API函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存管理、任務(wù)間通信以及創(chuàng)建、刪除任務(wù)等。

2 SHARP LH79520微處理器簡(jiǎn)介

LH79520微處理器是夏普公司(SHARP)設(shè)計(jì)的32位ARM7TDMI RISC處理器核，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，主要功能描述如下：工作在77．414 4 MHz，帶8 kHz緩存的2．5 V的靜態(tài)ARM7TDMI CPU核；一個(gè)集成的SDRAM控制器和靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器；DMA控制器；彩色LCD控制器(CLCDC)；同步串行口(SSP)；集成了3個(gè)通用異步收發(fā)器(UART)；脈寬調(diào)制器(PWM)，最高到16位的分辨率；矢量中斷控制器包含了對(duì)20個(gè)內(nèi)部和8個(gè)外部中斷源中斷請(qǐng)求的控制和應(yīng)用；看門(mén)狗定時(shí)器Watchdog Timer；提供最多86位的可編程輸入／輸出口(GPIO)。

3 μC／OS-Ⅱ的移植

由于μC／OS-Ⅱ是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，所以對(duì)于關(guān)鍵問(wèn)題上的實(shí)現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體CPU的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。

基于ARM7TDMI的處理器LH79520完全滿足移植的要求，本文將μC／OS-Ⅱ移植到LH79520上，使用IAR EWARM作為編譯器，修改與處理器類型有關(guān)部分的代碼。

將μC／OS-Ⅱ移植到ARM處理器上，大部分的修改工作集中在3個(gè)和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件中，這3個(gè)文件是OS_CPU_C．C，OS_CPU_C．h及OS_CPU_A．s，下面分別介紹這3個(gè)文件的移植過(guò)程。

3．1 修改OS_CPU．H文件

OS_CPU．H文件包括了用#define語(yǔ)句定義的、與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏以及類型。

3．1．1 數(shù)據(jù)類型
μC／OS-Ⅱ不使用C語(yǔ)言中的short，int和long等數(shù)據(jù)類型的定義，因?yàn)樗鼈兣c處理器類型有關(guān)，隱含著不可移植性。代之以移植性強(qiáng)的整數(shù)數(shù)據(jù)類型，這樣，既可直觀又可移植，不過(guò)這就成了必須移植的代碼。根據(jù)IAR EWARM C編譯器的特性，特做如下定義：

3．1．2 代碼臨界區(qū)
RTOS在進(jìn)入系統(tǒng)臨界區(qū)前必須關(guān)閉中斷，退出臨界區(qū)后再開(kāi)中斷，μC／OS-Ⅱ定義了2個(gè)宏來(lái)開(kāi)／關(guān)中斷：

3．1．3 堆棧增長(zhǎng)方向
堆棧增長(zhǎng)方向與編譯器有關(guān)，在μC／OS-Ⅱ中，用OS_STK_GROWTH來(lái)設(shè)置堆棧的增長(zhǎng)方向，OS_STK_GROWTH為O表示堆棧從低地址向高地址方向增長(zhǎng)；OS_STK_GROWTH為1表示堆棧從高地址向低地址方向增長(zhǎng)，在本例中堆棧從高地址向低地址方向增長(zhǎng)，其宏定義為：
#define OS_STK_GROWTH 1；／*堆棧從高地址向低地址增長(zhǎng)*／

3．2 修改OS_CPU_C．C文件

3．2．1 任務(wù)堆棧初始化

修改OSTaskStkInit()函數(shù)，OSTaskStkInit()由任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate()或OSTaskCreateExT()調(diào)用，用來(lái)初始化任務(wù)的堆棧。OS Task StkInit()與調(diào)用它的函數(shù)由3個(gè)參數(shù)進(jìn)行傳遞：任務(wù)代碼起始地址(task)，參數(shù)指針(p_arg)，任務(wù)堆棧頂?shù)刂?ptos)。

后5個(gè)函數(shù)為鉤子函數(shù)，如無(wú)特殊需求可以不加代碼。
3．2．2 中斷級(jí)任務(wù)切換函數(shù)
OSINTCtxSw()函數(shù)通過(guò)設(shè)置一個(gè)全局變量OSIntCtxSwFlag標(biāo)志以表示在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行任務(wù)切換，并在OSTICkISR()中判斷該變量以進(jìn)行正確的動(dòng)作。

3．3 修改OS_CPU_A．ASM文件
在此文件中需改寫(xiě)4個(gè)函數(shù)：OSStartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()和OSTickISR()。
3．3．1 OSStartHighRdy()函數(shù)
該函數(shù)由OSStart()調(diào)用，功能是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)，其代碼如下：

3．3．2 OSCtxSw()函數(shù)
此函數(shù)用以實(shí)現(xiàn)任務(wù)級(jí)的切換，實(shí)現(xiàn)由低優(yōu)先級(jí)任務(wù)向高優(yōu)先級(jí)任務(wù)切換。此函數(shù)被任務(wù)調(diào)度函數(shù)OS_Sched()調(diào)用，實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換，其代碼如下：

3．3．3 OSINTCtxSw()函數(shù)
該函數(shù)的作用是在時(shí)鐘中斷服務(wù)例程中發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級(jí)任務(wù)等待的時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)時(shí)，則在中斷退出后并不返回被中斷任務(wù)，而是直接調(diào)度就緒的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行，這樣做能夠盡快地讓高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)得到響應(yīng)，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
OSIntCtxSw()函數(shù)中大部分代碼同OSCtxSw()函數(shù)是一樣的，區(qū)別只是，需要保存中斷模式下的堆棧，在切換到用戶模式下運(yùn)行新任務(wù)。
3．3．4 OSTICkISR()函數(shù)
OSTickISR()是μC／OS-Ⅱ的時(shí)鐘節(jié)拍函數(shù)，主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)的切換，其代碼如下：



4 測(cè)試移植代碼
上述的移植工作是最基本的內(nèi)容，除此之外，還要加上硬件初始化和相應(yīng)的配置文件。
為了驗(yàn)證μC／OS-Ⅱ移植成功，需要測(cè)試移植代碼。首先不加任何應(yīng)用代碼來(lái)測(cè)試移植好的μC／OS-Ⅱ，也就是說(shuō)先測(cè)試內(nèi)核自身的運(yùn)行情況是否良好。
內(nèi)核運(yùn)行良好時(shí)，通過(guò)以下4個(gè)步驟測(cè)試移植代碼的運(yùn)行：
(1)確保C編譯器、匯編編譯器和連接器的正常工作；
(2)驗(yàn)證OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函數(shù)的正確運(yùn)行；
(3)驗(yàn)證OSCtxSw()函數(shù)；
(4)驗(yàn)證OSIntCtxSw()和OSTickIsr()函數(shù)的正確運(yùn)行。
若全部能夠正常運(yùn)行，那就是移植的μC／OS-Ⅱ已經(jīng)能夠正常的工作了，可以添加應(yīng)用任務(wù)了。

5 結(jié)語(yǔ)
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的使用使得程序的可讀性、可靠性、可擴(kuò)展性有很大的改善。本文從實(shí)際出發(fā)，給出源代碼開(kāi)放嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ在微處理器LH79520上的移植方案，移植后的操作系統(tǒng)順利經(jīng)過(guò)測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定，并達(dá)到了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。