引 言
目前，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制、家用電器、移動通信、PDA等各種領域得到了越來越廣泛的應用。由于用戶對嵌入式產品的性能要求越來越高，程序設計也變得越來越復雜，這就需要一個通用的嵌入式實時操作系統(tǒng)來對其進行管理和控制。對移植了操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)進行設計和開發(fā)，可以大大減小程序員的負擔，對于不同的應用可以按照相同的步驟來完成系統(tǒng)的設計。
μC/OS-Ⅱ是一種簡單高效、源代碼公開的嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有良好的可擴展性和可移植性，被廣泛的應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，可剝奪性的實時內核，可同時管理64個系統(tǒng)任務。利用移植μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)的嵌入式微處理器來設計和開發(fā)產品，對于提高產品的性能，減少產品的開發(fā)周期和降低開發(fā)成本有著重要的意義。在此較詳細地分析和介紹了嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ在ARM系列單片機S3C44B0x上的移植過程。
1 μCOS-Ⅱ概述
μCOS-Ⅱ是一種源代碼公開、結構小巧、具有可剝奪性實時內核的嵌入式實時操作系統(tǒng)。μCOS-Ⅱ是用ANSI的C語言編寫的，包含一小部分匯編語言代碼，使之可供不同架構的微處理器使用，至今，從8位到64位，μCOS-Ⅱ已在超過40種不同架構的微處理器上運行。μCOS-Ⅱ是專門為嵌入式應用而設計的，它包含了任務調度，任務管理，時間管理，內存管理和任務問的通信和同步等基本功能。μCOS-Ⅱ擁有一個可移植、可固化、可裁剪的實時內核，它具有執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，被廣泛地移植應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內核ARM7TDMI。 同時，S3C44B0x在ARM7TDMI核的基礎上，擴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)時鐘管理單元，存儲單元和系統(tǒng)功能接口單元，片上集成的主要功能如下：
在ARM7TDMI基礎上增加了8 KB的CACHE;外部擴充存儲器控制器;LCD控制器，并帶有1個LCD專用DMA通道;2個通用DMA通道，2個帶外部請求引腳的DMA;2個帶有握手協(xié)議的UART，1個SIO;1個I2C總線控制器;5個PWM定時器及1個內部定時器;1個看門狗定時器;71個通用可編程I/O口，8個外部中斷源;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，就是使一個實時內核能在其他的微處理器或微控制器上運行。為方便移植，大部分μCOS-Ⅱ的代碼都是用C語言編寫的，但是仍需要用C語言和匯編語言編寫與處理器硬件相關的代碼，這是因為μCOS-Ⅱ在讀/寫處理器的寄存器時，只能通過匯編語言來實現(xiàn)，要使μCOS- Ⅱ正常運行，處理器必須滿足以下要求：
(1)處理器的C編譯器能產生可重人型代碼;
(2)處理器支持中斷，并且能產生定時中斷(通常為10～100 Hz);
(3)用C語言就可以開/關中斷;
(4)處理器能支持一定數(shù)量的數(shù)據存儲硬件堆棧;
(5)處理器有將堆棧指針以及其他CPU寄存器的內容讀出、并存儲到堆?；騼却嬷腥サ闹噶睢?/p>
ARM系列單片機S3C44B0x滿足以上的條件。所以可以將μCOS-Ⅱ移植應用到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由命令行開發(fā)工具，ARM實時庫，GUI開發(fā)環(huán)境，實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系列的處理器編寫和調試自己的應用程序了。
(2)目標板采用杭州立宇泰公司生產的S3C44B0x開發(fā)板，主機通過JTAG連接目標板以建立交叉開發(fā)調試環(huán)境。
3.3 μCOS-Ⅱ的移植
μCOS-Ⅱ的硬件/軟件體系結構如圖1所示，對μCOS-Ⅱ的移植其實就是對與處理器有關的代碼進行重新編寫或修改。
由圖1可知，移植μCOS-Ⅱ實際上就是分別對OSCPU.H，OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C這三個文件進行重新編寫或修改。由于在本次移植中是將μCOS-Ⅱ移植到ARM系列單片機S3CA4B0x中，接下來將結合S3CA4B0x微處理器的特性來具體介紹本次移植過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的常量和類型的定義，與μCOS-Ⅱ所定義的變量類型相一致;定義開/關中斷的宏 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()來保護臨界段代碼免受多任務或中斷服務例程的干擾;定義棧的增長方向，在本次移植中棧的增長方向被定義為從上往下增長，OS_STK_GROWTH的值定義為1。在移植該文件時，需要編寫和修改的部分代碼如下所示：
①設置與編譯器相關的數(shù)據類型
③設置堆棧的增長方向
絕大多數(shù)的微處理器和控制器的堆棧是從上往下增長的，但是也有一些處理器和控制器的堆棧增長方向是從下往上增長的μCOS-Ⅱ被設計成這兩種情況都可以處理，只要在結構常量OS_STK_GROWTH中指定堆棧的增長方式即可。在本次移植中堆棧的增長方向被設置成從上往下增長。
(2)移植OS_CPU_C.C文件
在該文件中需要編寫10個簡單的C函數(shù)它們分別是：
在這些函數(shù)中惟一必須需要編寫的函數(shù)是OSTa-skStkInit()，其他9個函數(shù)必須要聲明，但不一定要包含任何代碼。 OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()通過調用OSTaskStkInit()函數(shù)來初始化任務的堆棧結構，因此，堆?？雌饋砭拖駝偘l(fā)生過中斷，并將所有的寄存器都保存到堆棧中的情形一樣。OSTaskStkInit()的程序代碼如下：
(3)移植OS_CPU_A.ASM文件
在移植OS_CPU_A.ASM文件時，要求用戶編寫4個簡單的匯編語言函數(shù)，它們分別是：OS-StartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()，OS-TickISR()。
①OSStartHighRdy()：運行最高優(yōu)先級的就緒任務。此函數(shù)僅在多任務啟動時執(zhí)行一次，用來啟動第1個(也就是最高優(yōu)先級)任務運行。它的程序代碼如下：
②OSCtxSw()：任務級任務切換函數(shù)。實現(xiàn)CPU在正常運行時任務間的切換，完成對當前任務堆棧的保存和對最高優(yōu)先級任務堆棧的彈出，使最高優(yōu)先級的任務得到運行。
③OSIntCtxSw()：中斷級的任務切換函數(shù)。在中斷服務程序執(zhí)行完后，如果中斷使得更高優(yōu)先級的任務處于就緒狀態(tài)，則該函數(shù)實現(xiàn)對任務的切換：保存中斷發(fā)生之前的那個任務的執(zhí)行現(xiàn)場.恢復已處于就緒態(tài)的那個更高優(yōu)先級任務的執(zhí)行現(xiàn)場，使優(yōu)先級更高的那個任務得以運行，從而完成對任務的切換。
④OSTickISR()：是系統(tǒng)時鐘的中斷服務函數(shù)。該函數(shù)的主要功能是檢查是否有由于延時而被掛起的任務轉為就緒態(tài)。如果有，則調用OSIntCtxSw()函數(shù)進行任務切換，使已處于就緒態(tài)的且具有最高優(yōu)先級的任務運行。
4 測試移植代碼
為S3C44B0x移植好μC/OS-Ⅱ后，緊接著的工作就是驗證移植好的μC/OS-II是否能正常工作。在這里采用不加任何應用程序代碼的方法測試移植好的μC/OS-Ⅱ，這樣做有兩個優(yōu)點：使測試移植代碼的工作變得更簡單;如果有部分,μC/OS-II代碼不能正常工作，可以明白是被移植代碼本身的問題，而不是應用代碼產生的問題。通過四個步驟來完成對移植代碼的測試：確保C編譯器、匯編編譯器及鏈接器正常工作;驗證 OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函數(shù);驗證OSCtxSw()函數(shù);驗證OSIntCtxSw()和OSTick- ISR()函數(shù)。經測試，以上四個測試過程均能正常通過，表明被移植到ARM系列單片機S3C44B0x中的μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)已經能正常工作了。
5 結束語
μC/OS-II是一種可配置、可裁剪的嵌入式實時操作系統(tǒng)，現(xiàn)已被廣泛的移植應用到多種處理器當中。這里成功地將μC/OS-Ⅱ移植到了ARM系列單片機S3C44B0x中，經測試，移植好的μC/OS-Ⅱ代碼能正常的在S3C44B0x處理器中穩(wěn)定運行。
下載文檔
