uC/OS-II嵌入式操作系统移植
发布日期:2021-10-16 00:21:28 浏览次数:4 分类:技术文章

本文共 3757 字,大约阅读时间需要 12 分钟。

操作系统的移植指的是使实时系统的内核能在微处理器上运行。uC/OS-II应移植到所使用的CPU上,然后才能得到应用。在uC/OS-II的移植中,处理器必须满足一下一些要求:
l         处理器的C编译器能产生可重入型代码
l         处理器支持中断,并且能产生定时中断
l         用C语言就可以开/关中断
l         处理器能支持一定数量的数据存储硬件堆栈
l         处理器有将堆栈指针以及其他CPU寄存器的内容读出,并存储到堆栈或内存中去的指令
实际上,uC/OS-II可以简单地看作是一个多任务调度器,在这个任务调度器上添加了与多任务操作系统相关的一些系统服务,如信号量、邮箱等。其90%的代码是用C语言写的,可以直接移植到有C语言编译器的处理器上。移植主要都集中在多任务切换的实现上,因为这部分代码用来保存和恢复CPU现场(即写/读相关寄存器),不能用C语言,只能使用汇编语言完成,即编写OS_CPU_A.S文件。另外还需要修改与ARM体系结构相关的OS_CPU.H文件和用户规定任务栈初始化结构的OS_CPU_C.C文件。uC/OS-II的移植工作相对来说还是很容易的,具体的移植过程如下:
INCLUDES.H是一个主头文件,本身与移植过程无关,不过因为每一个uC/OS-II的C文件都要用到它,故在此简介一下。INCLUDES.H包含程序中主要的三个头文件,分别是:OS_CPU.H,OS_CFG.H,UCOS_II.H。它使得工程项目中的每个C文件无需考虑它实际上需要哪些头文件,增强了可读性。另外也可以重新编辑此文件添加用户自己定义的头文件。
这个头文件包括了用#define语句定义的与处理器相关的常数/宏以及类型等,其中包括临界段代码宏定义:OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRITICAL( ),并可以提供三种办法开关中断。具体代码如下:
 
#include "arm.h"
 
#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif
 
typedef unsigned char BOOLEAN;    /**/
typedef unsigned char INT8U;
typedef signed char   INT8S;
typedef unsigned short  INT16U;
typedef signed     short INT16S;
typedef unsigned long  INT32U;
typedef signed long    INT32S;
typedef float          FP32;
typedef double        FP64;
typedef unsigned int   OS_STK;
typedef unsigned int   OS_CPU_SR;
 
#define BYTE           INT8S
#define UBYTE          INT8U
#define WORD          INT16S
#define UWORD         INT16U
#define LONG          INT32S
#define ULONG         INT32U
 
#define OS_CRITICAL_METHOD    1 /**/
#if      OS_CRITICAL_METHOD == 1
#define  OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt1()   /* Disable interrupts*/                       
#define  OS_EXIT_CRITICAL()   ARMEnableInt1()    /* Enable interrupts*/
#endif
#if      OS_CRITICAL_METHOD == 2
#define  OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt2()   /* Disable interrupts*/                       
#define  OS_EXIT_CRITICAL()   ARMEnableInt2()    /* Enable interrupts*/
#endif
#if      OS_CRITICAL_METHOD == 3
#define  OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt3()   /* Disable interrupts*/                       
#define  OS_EXIT_CRITICAL()   ARMEnableInt3()    /* Enable interrupts*/
#endif
/* , */
#define OS_STK_GROWTH    1
#define OS_TASK_SW()        OSTaskSw()
#ifdef SEMIHOSTED
#define OS_IDLE_STK_SIZE        (64+SEMIHOSTED_STACK_NEEDS)
#else
#define OS_IDLE_STK_SIZE        64
#endif
/* */
extern void OSTaskSw(void);
extern void OSIntCtxSw(void);
extern void ARMDisableInt1(void);
extern void ARMEnableInt1(void);
extern void ARMDisableInt2(void);
extern void ARMEnableInt2(void);
extern void ARMDisableInt3(void);
extern void ARMEnableInt3(void);
extern void OSTickISR(void);
extern void SP_Compensate(void);
 
移植首先包括一系列数据类型的定义,以适应不同微处理器的字长。uC/OS-II的代码中不使用C语言的short,int等数据类型,因为这些数据类型是与处理器相关,不可移植的。程序代码中定义的数据类型字长应根据处理器C编译器规定的数据类型字长而定。上面的数据类型移植是根据ADS编译器对C语言各类型的字长要求定义的。其中,OS_STK是任务堆栈数据类型,在ARM中它是32位的,OS_CPU_SR是CPU状态寄存器宽度,它也是32位的。
OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRITICAL( )是用来设置临界段代码的函数。OS_ENTER_CRITICAL( )使系统进入临界段,这时要求系统内核先关闭中断,再处置临界段代码,保护临界段代码不受多任务或中断服务子程序破坏。推出临界段时调用OS_EXIT_CRITICAL( ),系统重新开中断,进行正常任务调度。通常以上两个函数可以用3种方法实现,OS_CPU_H中定义了一个OS_CRITICAL_METHOD常数,用来选择函数实现的方法。常数值为1时,采用最简单的方法,OS_ENTER_CRITICAL( )中直接调用处理器指令关闭中断,OS_EXIT_CRITICAL( )调用相应处理器指令开中断(详细的代码在os_cpu_a.s文件中定义)。这样做存在一个问题:如果调用函数时系统禁止中断,那当临界段代码执行完毕后系统中断会变成允许了。常数值为2时,执行OS_ENTER_CRITICAL( )时会先将中断状态保存到堆栈中,然后关中断,执行OS_ENTER_CRITICAL( )时从堆栈中恢复原来的中断状态。这样做解决了方法1中存在的问题。常数值为3时需要多定义一个cpu_sr的局部变量,用于某些能直接得到当前处理器状态字的编译器中,保存状态字,用来恢复PSW。由于应用简单,方法1,2已经足够,所以本文中没有实现方法3的具体代码,而使方法3和方法2实现的代码一致。这里可以以后再扩充。
OS_STK_GROWTH常数定义了堆栈的方向,值为0时表示堆栈从下往上递增,为1时表示堆栈从上往下递减。本次移植中的堆栈结构使用从上往下递减方式,故此宏的值定义为1。OS_TASK_SW( )是一个宏,是在uC/OS-II从低优先级切换到高优先级任务时用到的,此处定义成任务调度函数OSTaskSw( ),实现从低优先级任务切换到高优先级任务的工作。
本文件要求用户编写10个简单函数,其中必要的函数是OSTaskStkInit( ),其它函数只要声明即可。代码如下:
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
    unsigned int *stk ;
    opt = opt;       /* */
    stk = (unsigned int *)ptos;    /**/
    /* */
    *--stk = (unsigned int) task;             /* lr */
    *--stk = 0;                         /* r12 */
    *--stk = 0;                         /* r11 */
    *--stk = 0;                         /* r10 */
    *--stk = 0;                         /* r9 */
    *--stk = 0;                         /* r8 */
    *--stk = 0;                         /* r7 */
 

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