在linux上模擬uCOS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1 引言

　　uCOS-II是一個(gè)短小而功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。在Jean J.Labrosse先生所著.由邵貝貝教授翻譯的Micro/uCOS-II THE REAL-TIME KERNEL（Second Edition）一書(shū)中對(duì)這一操作系統(tǒng)作出了精彩的講解，該書(shū)是一部關(guān)于uCOS-II操作系統(tǒng)的經(jīng)典教材，同時(shí)在書(shū)中提供了關(guān)于uCOS-II在windows環(huán)境下的移植的4個(gè)范例。本文對(duì)其第一個(gè)范例作一個(gè)在redhat linux9.0上的移植版本。移植的工作主要集中在三個(gè)方面，下文將分為三章，結(jié)合代碼詳細(xì)介紹。文章的最后將介紹我的試驗(yàn)平臺(tái)并演示我的試驗(yàn)結(jié)果。

　　2 字符串的顯示

　　字符串顯示函數(shù)PC-DispStr在文件pc.c中，這個(gè)文件本身不是uCOS-II的一部分。它的主要工作是建立一系列的功能函數(shù)來(lái)發(fā)揮PC機(jī)的強(qiáng)大功能，并被測(cè)試代碼所調(diào)用。

　　2.1 設(shè)置前景色和后景色

　　我們使用類(lèi)似于prinf（"33[30m"）的語(yǔ)句來(lái)設(shè)置顏色.轉(zhuǎn)義序列就是一個(gè)讓shell執(zhí)行一個(gè)特殊步驟的控制指令。轉(zhuǎn)義序列通常都是以ESC開(kāi)頭（這也是它的命名原因）。在sh
ell里表示為︿[。這種表示法需要一點(diǎn)時(shí)間去適應(yīng)， 也可以用33完成相同的工怍（ESC的ASCII碼用十進(jìn)制表示就是27，=用八進(jìn)制表示的33）。33聲明了轉(zhuǎn)義序列的開(kāi)始，然后是[開(kāi)始定義顏色。下面我們要選擇前景色（這里是32，代表綠色）。背景色的40表示黑色。要是不想讓提示符后面的文字也變成綠色，我們用33[0m關(guān)閉轉(zhuǎn)義序列，33[0m是shell的默認(rèn)顏色。前景色和背景色都有8種可用的選擇?？蛇x顏色：紅色、綠色、黃色、藍(lán)色、洋紅、青色和白色。他們對(duì)應(yīng)的顏色代碼是：30（黑色）、31（紅色）、32（綠色）、33（黃色）、34（藍(lán)色）、35（洋紅）、36（青色）、37（白色）。用同樣色方法設(shè)置背景色，不過(guò)要把第一個(gè)數(shù)字"3"替換成"4"，例如40、41、42、43、44、45、46、47。雖然在這里可以按照上面介紹的對(duì)應(yīng)關(guān)系定義修改在pc.h中定義的前景色和后景色的宏，使對(duì)應(yīng)關(guān)系更加明確。（注意：他的后面一位表示前景色，前面一位表示后景色），但是我們?cè)谶@里的設(shè)計(jì)思路是盡量不對(duì)原書(shū)中的代碼作改動(dòng)，所以在函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中直接使用switch語(yǔ)句，對(duì)相應(yīng)的前景色和后景色 。（linux的shell只支持以上幾種顏色）

　　switch （color&0xF0） /＊查看前景色＊/

　?。?case DISP_FGND_BLACK: printf（"33[30m"）;break;

　　……

　　｝

　　switch（color&0x0F） /＊查看后景色＊/

　?。?case DISP_BGND_BLACK: prinf （"33[40m"）;

　　break;

　　……

　?。?/p>

　　2.2跟蹤光標(biāo)的位置

　　我使用printf（"33[%u;%uH",y+1,x+1）來(lái)跟蹤光標(biāo)的位置。33是聲明了轉(zhuǎn)義序列的開(kāi)始，上文已經(jīng)介紹，不再累敘，[y;xH是設(shè)置光標(biāo)位置的格式。x和y分別表示橫軸和縱軸。

　　3 鍵盤(pán)輸入

　　鍵盤(pán)輸入函數(shù)PC_GetKey在windows環(huán)境下，由于有庫(kù)函數(shù)kbhit返回最近所敲的按鍵.就很容易實(shí)現(xiàn)。而在linux環(huán)境下我們需要構(gòu)造自己的kbhit，在參考文獻(xiàn)2中John.Wiley.Sons先生提供了一種現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)方法（這個(gè)方法會(huì)阻塞read函數(shù).在本文中并不適用），這里我們使用了另外的一種實(shí)現(xiàn)方法，下面介紹給出其實(shí)現(xiàn)代碼.

　　int kbhit（void）｛

　　struct timeval tv;

　　fd_set readFd;

　　struct termios newKbdMode;

　　if（!inited）｛

　　newKbdMode.c_lflag&=～（ICANON | ECHO）;

　　newKbdMode.c_cc[VTIME]=0;

　　newKbdMode.c_cc[VMIN]=1;

　　tcsetattr（0,TCSANOW,&newKbdMode）;

　　atexit（rekbd）;

　　inited=1;

　?。?/p>

　　tv.tv_sec=0;

　　tv.tv_usec=0;

　　FD_ZERO（&readFd）;

　　FD_SET（STDIN_FILENO,&readFd）;

　　select（1,&readFd,NULL,NULL,&tv）;

　　if（FD-ISSET（STDIN-FILENO，&readFd））

　　return 1;

　　else

　　return 0;

　?。?/p>

　　3.1 控制臺(tái)的初始化

　　首先，這里使用了全局變量inited，它是一個(gè)初始化與否的標(biāo)記.因?yàn)楹瘮?shù)kbhit將被多次調(diào)用，而初始化只需要做一次.這樣.當(dāng)發(fā)現(xiàn)inited置1以后，就不會(huì)去做重復(fù)性的初始化工作了。如果inited為0，就需要對(duì)控制臺(tái)（鍵盤(pán)）做初始化工作，這里定義了內(nèi)核結(jié)構(gòu)體termios類(lèi)型的變量newKbdMode，我們需要對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)體的兩個(gè)成員c_lflag和c_cc進(jìn)行初始化，代碼中對(duì)c_lflag的設(shè)置表示終端為不回顯的非標(biāo)準(zhǔn)模式。c_cc[VTIME]=0，c_cc[VMIN]=1表示讀函數(shù)會(huì)等待.直到出現(xiàn)1個(gè)鍵盤(pán)輸入為止。（關(guān)于這個(gè)結(jié)構(gòu)體的詳細(xì)分析，可參閱參考文獻(xiàn)2的第5章）。然后再調(diào)用tcsetattr把設(shè)置的值寫(xiě)入。最后，函數(shù)atexit將在3.3節(jié)詳敘。

　　3.2 檢測(cè)鍵盤(pán)的輸入

　　在這里我們使用宏FD_ZERO把內(nèi)核的結(jié)構(gòu)體readFd清0.用宏FD_SET把標(biāo)準(zhǔn)輸入的文件描述符STDIN_FILENO和readFd關(guān)聯(lián)，然后用select函數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)輸入.他只關(guān)注一個(gè)描述符，所以第一個(gè)參數(shù)為1，第二個(gè)參數(shù)為上面的readFd，后面的兩個(gè)參數(shù)表示是否關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)輸出和出錯(cuò)的文件描述符，我們不要，所以置0.最后一個(gè)參數(shù)表示超時(shí)時(shí)間，我們不需要，所以置0。經(jīng)過(guò)以上的處理后，如果有輸入時(shí).宏FD_ISSET就會(huì)返回非0值。我們就知道鍵盤(pán)上有輸入。

　　3.3 系統(tǒng)退出

　　在windows環(huán)境下使用了成對(duì)的函數(shù)PC_DOSSaveReturn（）和PC_DOSReturn。前一個(gè)保存DOS的狀態(tài)，后一個(gè)在退出時(shí)前調(diào)用.恢復(fù)保存的DOS狀態(tài)。而在linux下，表面看來(lái)我僅使用函數(shù)exit（）直接退出，而沒(méi)有進(jìn)行類(lèi)似的保存一恢復(fù)處理.但實(shí)際上在linux下我們調(diào)用了函數(shù)atexit（function）來(lái)設(shè)置程序正常結(jié)束前調(diào)用的函數(shù)，當(dāng)程序通過(guò)調(diào)用exit（）返回時(shí)，參數(shù)function所指定的函數(shù)會(huì)先被調(diào)用.然后才真正由exit（）結(jié)束程序。function將指定函數(shù)rekbd（函數(shù)的實(shí)現(xiàn)見(jiàn)下面的代碼），這個(gè)函數(shù)就是清屏和清處所有前文的屬性設(shè)置，33聲明了轉(zhuǎn)義序列的開(kāi)始，然后是[2J，表示清屏。[0m表示關(guān)閉所有屬性。

　　void rekbd（void）｛

　　prinf（"33[0m"）;

　　prinf（"33[2J"）;

　?。?/p>

　　4 MAKEFILE 文件的編寫(xiě)

　　在Jean J.Labrosse先生的原書(shū)中是使用boland c的編譯器.而我們?cè)趌inux下使用GCC的編譯器，由于編譯器的改變.所以makefile就需要重寫(xiě)。為了簡(jiǎn)化makefile的編寫(xiě)，我提供一種最簡(jiǎn)單的方法，那就是把所有uCOS-II 的源碼（SOFTWAREuCOS-IISOURCE）. 以及配置頭文件和測(cè)試函數(shù)（SOFTWAREuCOS-IIEX1_x86LBC45SOURCE）.還有按上文編寫(xiě)的pc.c和pc.h文件，全部放在linux的根目錄下.假設(shè)為/test78，則makefile可簡(jiǎn)寫(xiě)為如下方式：

　　UCOS_SRC=/test78

　　UCOS_PORT=/test78

　　UCOS_PC=/test78

　　all:

　　gcc-I$（UCOS_SRC） -I$（UCOS_PORT） -I$（UCOS_PC） test.c $（UCOS_SRC）/uCOS_II.C $（UCOS_PC）/

　　pc.c $（UCOS_PORT）/os_cpu_c.c -o test

　　all是一個(gè)偽目標(biāo)，"偽目標(biāo)" 并不是一個(gè)文件，只是一個(gè)標(biāo)簽，它的特性是，總是被執(zhí)行的。這樣的目的是讓編譯器每次都產(chǎn)生新的目標(biāo)。-o test指定輸出文件為test.‘-I‘選項(xiàng)指定搜索的目錄.

　　注意：把所有源文件都放在一個(gè)目錄下也許并不是一個(gè)好方法，它使得整個(gè)工程雜亂無(wú)章，特別是在工程比較大時(shí).是不能這樣處理的。但這里僅僅是為了簡(jiǎn)化makefile的編寫(xiě)，提供一個(gè)可行的方法。所以在這個(gè)makefile的前面，我定義了幾個(gè)宏，如果需要編譯的幾個(gè)文件在路徑下，就只需要指定路徑就可以了。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在

　　1.自建的鍵盤(pán)輸入函數(shù)。由于（Beginning.Linux.Programming）中實(shí)現(xiàn)會(huì)阻塞read函數(shù)，所以本文采用了改進(jìn)的方法實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入，詳見(jiàn)第3節(jié)。

　　2.MAKEFILE文件。由于編譯器的改變，我們需要改寫(xiě)makefile文件，本文提供了一種非常簡(jiǎn)單的編寫(xiě)方法，詳見(jiàn)第4節(jié)。

　　我的試驗(yàn)平臺(tái)如下：在Virtual PC 2004上安裝red hat linux 9.0，并且在linux下進(jìn)行編譯和調(diào)試。