關鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng) μC/OS-II EP7312
引 言
隨著Internet和后PC時代的到來，嵌入式系統(tǒng)的應用愈來愈廣泛，嵌入式產品在人們的生活中無處不在。今天，嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產值已超過1萬億美元，已經在IT產業(yè)中占有很大的比重。
通常，應用程序對嵌入式軟件的基本要求是體積小、執(zhí)行速度快、具有較好的裁減性和可移植性。嵌入式軟件的靈魂是嵌入式操作系統(tǒng)。在特定的操作系統(tǒng)之上開發(fā)應用軟件，可以讓程序開發(fā)人員屏蔽掉很多低層硬件細節(jié)，使得應用程序調試方便、移植簡單、易維護，同時開發(fā)周期也短。目前，實時操作系統(tǒng)很多，如VxWorks、Window CE、pSOS、QNX、LynxOS等等。這些操作系統(tǒng)都具有高可靠性、很強的實時性等特點，但它們都是商業(yè)操作系統(tǒng)，價格昂貴，人們往往很難接受。μC/OS-II的出現是對這些商業(yè)操作系統(tǒng)的一個很大的沖擊。μC/OS-II是源碼公開的實時操作系統(tǒng)，是一個自由操作系統(tǒng)。程序開發(fā)人員可以改寫源代碼，使之符合自己的要求。裁減掉不需要的部分，使操作系統(tǒng)變得小巧、靈活，并且能滿足用戶特定操作系統(tǒng)的需要。
1 μC/OS-II簡介
μC/OS-II并非一個完整的實時操作系統(tǒng)，它只是一個實時內核。μC/OS-II不像其它實時操作系統(tǒng)一樣，提供給用戶的是一個標準的API函數，程序開發(fā)人員利用操作系統(tǒng)提供的API函數進行應用程序的開發(fā)。要想在μC/OS-II內核上進行應用程序的開發(fā)，就需要程序開發(fā)人員在實時內核的基礎上建立自己的實時操作系統(tǒng)。首先，把μC/OS-II移植到自己的硬件目標板上，寫出相應的驅動程序以及用戶圖形界面等等；在這些接口函數之上，加上用戶自己的應用程序，就構成了嵌入式軟件。
2 μC/OS-II在EP7312上的移植
μC/OS-II的移植條件是：只要該處理器有堆棧，有CPU內部寄存器入棧、出棧指令；使用的C編譯器支持內嵌匯編（inline assembly）或者該C語言可擴展，可連接匯編模塊，使得關中斷、開中斷能在C語言程序中實現。Cirrus Logic公司生產的EP7312芯片內部采用的是ARM720T處理器，內部有37個寄存器。其中R13通常用作堆棧指針。堆棧尋址是隱含的，堆棧指針所指定的存儲單元就是堆棧的棧頂，堆棧尋址通常有兩種方式向上生長和向下生長。ARM處理器有ARM和Thumb兩種指令集。每種指令集都有豐富的指令可以對堆棧進行操作。堆棧指針指向最后壓入堆棧的有效數據，稱為滿堆棧（full stack）；堆棧指針指向下一個數據項放入的空位置，稱為空堆棧（empty stack）。根據堆棧的生長方向不同，可以生成4種類型的堆棧，即滿遞增、空遞增、滿遞減、空遞減。我們所使用的ARM SDT（ARM Software Development Kit）開發(fā)系統(tǒng)內含的編譯器，同樣也支持內嵌匯編，所以μC/OS-II完全可以移植到EP7312上。
μC/OS-II核心代碼很小，程序開發(fā)人員要把它移植到自己的目標板中只需做少量的工作。圖1是μC/OS-II硬件和軟件的體系結構。
雖然μC/OS-II大部分源代碼是用C語言寫的，但是完成和處理器一些有關的代碼時，還是必須要用匯編語言來實現的。寄存器的讀、寫只能通過匯編語言的存儲和加載指令來實現。要使μC/OS-II能夠正常工作， 處理器必須滿足以下要求：
① 處理器的C編譯器能產生可重入代碼；
?、?用C語言可以打開和關閉中斷；
?、?處理器支持中斷，并且能夠產生定時中斷（通常在10~100Hz之間）；
④ 處理器能夠支持容納一定量數據的硬件堆棧；
⑤ 處理器有將堆棧指針和其它寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。
μC/OS-II的移植包括以下幾個部分。
（1）設置與編譯器有關的代碼[OS_CPU.H]
在不同的處理器中有不同的字長，所以必須定義一系列數據類型以確保移植的正確性。另外，在μC/OS-II中，不使用C的short、int和long等數據類型，這些都是和編譯器相關的。下面就是μC/OS-II定義的一部分數據類型。
typedef unsigned char BOOLEAN;
typedef unsigned char INT8U; /*無符號8位整數 */
typedef signed char INT8S; /*有符號8位整數 */
typedef unsigned int INT16U; /*無符號16位整數 */
typedef signed int INT16S; /*有符號16位整數 */
typedef unsigned long INT32U; /*無符號32位整數 */
typedef signed long INT32S; /*有符號32位整數 */
typedef float FP32; /*單精度浮點數 */
typedef double FP64; /*雙精度浮點數 */
μC/OS-II需要先禁止中斷訪問代碼的臨界區(qū)，并且在訪問完畢后重新允許中斷。μC/OS-II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。
#define OS_ENTER_CRITICAL() IRQFIQDE
#define IRQFIQDE __asm
{
mrs r0, CPSR;
stmfd sp!, {r0};
orr r0, r0, #NOINT;
msr CPSR_c, r0;
}
#define OS_EXIT_CRITICAL() IRQFIQRE
#define IRQFIQRE __asm
{
ldmfd sp!, {r0};
msr CPSR_c, r0;
}
#endif
（2）編寫4個匯編語言函數[OS_CPU_A.S]
μC/OS-II的移植實例要求用戶編寫4個簡單的匯編語言函數：
OSStartHighRdy()
OSCtxSw()
OSIntCtxSw()
UCOS_IRQHandler
詳細內容見本刊網絡補充版（http://www.dpj.com.cn）。
?。?）用C語言編寫6個與操作系統(tǒng)有關的函數[OS_CPU_C.C]
這6個函數是：
OSTaskStkInit（）
OSTaskCreatHook（）
OSTaskDelHook（）
OSTaskSwHook（）
OSTaskStatHook（）
OSTaskTickHook（）
這6個函數只對OSTaskStkInit（）編寫代碼，后5個函數必須聲明，但是內部并沒有代碼。OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt（）通過調用OSTaskStkInit（）來初始化任務的堆棧結構。這個函數的移植代碼，可參考文獻[3]。
3 測試、編寫驅動和應用程序
做完以上工作以后，就要測試移植的是否正確。測試一個μC/OS-II實時內核并不復雜，就是讓這個實時內核在自己的目標板上跑起來。開始時，可以運行一些簡單的任務和時鐘節(jié)拍中斷任務，如果調試成功就可以在上面添加應用程序。
μC/OS-II移植完成以后，就要在這個實時內核之上編寫接口驅動程序。由于嵌入式操作系統(tǒng)體積更小，功能更強，且快速、穩(wěn)定，更具有針對性，因此不像其它操作系統(tǒng)那樣，對系統(tǒng)的所有接口設備都需要驅動、管理、調度和監(jiān)視。由于嵌入式產品是針對特殊的用途而設計的，有很強的專一性，因此，在編寫驅動程序時內容更精簡，更具有穩(wěn)定性，編寫出的驅動模塊更小。編寫驅動程序應完成以下基本功能：①對設備初始化和釋放；②把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據；③讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；④檢測和處理設備出現的錯誤。實現了以上功能以后，一個嵌入式操作系統(tǒng)就基本構成了。
完成了μC/OS-II的移植和驅動程序的編寫以后，利用操作系統(tǒng)提供的API函數編寫應用程序，調用μC/OS-II中與應用程序相關的系統(tǒng)服務。調試通過后，固化到目標板上，這個嵌入式應用軟件就完成了。
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