嵌入式實時操作系統(tǒng)μcos原理與實踐

1、嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS原理與實踐,教材 ：嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS原理與實踐電子工業(yè)出版社 作者:盧有亮 luyl@uestc.edu.cn電子科技大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,第7章 移植,7.1 移植說明7.2 在VC6上實現(xiàn)基于Windows的虛擬μC/OS-II移植7.3 在基于NIOS軟核的FPGA嵌入式系統(tǒng)下的μC/OS-II移植習(xí)題,7.1 移植說明,μC/OS-II作為嵌入式實時操作系統(tǒng)，最終要應(yīng)

2、用在嵌入式系統(tǒng)上，如單片機、ARM、FPGA、DSP等。本章中首先給出的就是說明如何移植到虛擬WINDOWS平臺。接下來就是在一個實際的嵌入式系統(tǒng)，基于軟核的FPGA系統(tǒng)下的移植。在掌握了這兩個平臺的移植后，移植到其他的平臺都是不難實現(xiàn)。,7.1.1 μC/OS-II的代碼結(jié)構(gòu),,,,,移植必看的重要代碼：1.操作系統(tǒng)配置文件os_config.h 2.操作系統(tǒng)頭文件ucos_ii.h 3.操作系統(tǒng)內(nèi)核C文件 4.與CPU相關(guān)

3、代碼部分,7.1.2操作系統(tǒng)中與CPU相關(guān)的代碼解析,7.1.2.1 頭文件os_cpu.h表7.2os_cpu.h定義的數(shù)據(jù)類型表7.3 os_cpu.h除類型定義外的其他代碼示例進入臨界區(qū)有三種方法 ：方法1：定義一個全局變量FlagEn，進入臨界區(qū)時中斷服務(wù)程序判定該值為0，就不進行中斷服務(wù)。離開臨界區(qū)時將FlagEn置1。這種方法只在虛擬平臺上使用時使用。其缺點是不能進行中斷嵌套。方法2：OS_ENTER_CRI

4、TICAL()時將CPU狀態(tài)寄存器（如PSW）入棧，關(guān)中斷，定時器中斷被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()時退棧即可恢復(fù)CPU狀態(tài)寄存器的值，這樣中斷也恢復(fù)到了原來的狀態(tài)。方法3：OS_ENTER_CRITICAL()時將CPU狀態(tài)寄存器（如PSW）的值保存到局部變量，關(guān)中斷，定時器中斷被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()時從局部變量恢復(fù)CPU狀態(tài)寄存器的值，這樣中斷也恢復(fù)到了原來的狀態(tài)。這需要編譯器支持處理狀態(tài)寄存器

5、的值的函數(shù)。,7.1.2.2 包含匯編的C文件os_cpu.c,1.OSTaskStkInit 是由OSTaskCreate或OSTaskCreateExt在創(chuàng)建任務(wù)的時候，在對控制塊進行初始化之前，對任務(wù)堆棧進行初始化時調(diào)用。它實現(xiàn)的功能是將任務(wù)參數(shù)地址、任務(wù)函數(shù)入口地址、各CPU寄存器地址壓入任務(wù)堆棧。需要注意的是，雖然這時候任務(wù)還沒有運行過，不需要保存當(dāng)前CPU寄存器的真實值到任務(wù)堆棧，但初始化的結(jié)果是將堆棧看起來好像剛剛發(fā)生了中

6、斷一樣。請參考本書中2.4.1和2.4.2。,,,,,2.OSStartHighRdy在多任務(wù)啟動函數(shù)OSStart中被調(diào)用。這時候沒有任務(wù)在運行，OSStartHighRdy開始啟動多任務(wù)。在OSStartHighRdy運行前，OSStart已將任務(wù)控制塊指針OSTCBCur指向優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)的TCB，OSStartHighRdy首先將OSRunning的值設(shè)置為真，然后使用匯編語句將堆棧寄存器的值設(shè)置為該任務(wù)堆棧的地址，然后將

7、各堆棧中內(nèi)容退棧給各寄存器，接著是任務(wù)地址和任務(wù)參數(shù)，并轉(zhuǎn)到任務(wù)地址去執(zhí)行。,3.OSCtxSw是非中斷處理情況下的任務(wù)切換函數(shù)。它在任務(wù)被阻塞、刪除、創(chuàng)建等多種情況下被調(diào)用。直接調(diào)用它的函數(shù)就是OS_Sched。,4. OSIntCtxSw是中斷處理情況下的任務(wù)切換函數(shù)。例如系統(tǒng)的每10毫秒進行時鐘中斷，那么都要使用它進行任務(wù)切換。因為在中斷產(chǎn)生后，所以PSW、CS、IP（80x86）已經(jīng)被壓入了堆棧(在其他硬件環(huán)境下應(yīng)是不同的寄存器

8、)，而ISR服務(wù)程序首先需將其他的寄存器也壓入堆棧，所以不需要再去保存環(huán)境，所以中斷中任務(wù)切換和非中斷的情況下是不同的。,5.用戶時鐘中斷服務(wù)程序OSTickISRuser。用戶時鐘中斷服務(wù)程序也就是時鐘節(jié)拍服務(wù)程序，是系統(tǒng)的心臟跳動。,7.1.3 μC/OS-II移植步驟,1.選擇合適的開發(fā)軟件，為μC/OS-II操作系統(tǒng)建立一目錄，將操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼拷貝到一個目錄，最好是該目錄下一個子目錄。2.在該目錄下創(chuàng)建工程。加入μC/OS-

9、II內(nèi)核文件到這個工程。3.建立主程序，如main.c。在主文件中編寫TaskStart代碼，該代碼能設(shè)置定時器中斷。在主文件中聲明用戶堆棧數(shù)組，創(chuàng)建用戶堆棧。主程序中的入口函數(shù)應(yīng)先執(zhí)行操作系統(tǒng)初始化函數(shù)os_init,然后使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt創(chuàng)建TaskStart。之后如果有用戶任務(wù)應(yīng)使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt創(chuàng)建所有用戶任務(wù)。然后調(diào)用OSStart()啟動多

10、任務(wù)。注意TaskStart的優(yōu)先級必須是最高的。4.根據(jù)7.1.2中對os_cpu.h的說明，根據(jù)用戶硬件環(huán)境修改os_cpu.h。5.根據(jù)7.1.2中對os_cpu.c的說明，根據(jù)用戶硬件環(huán)境修改os_cpu.c。6.編譯，下載到硬件運行，查看結(jié)果和進行修改，直到成功。,,,,,7.2 在VC6上實現(xiàn)基于Windows的虛擬μC/OS-II移植,,,,,,,,代碼修改,表7.6 移植代碼os_cpu.h解析os_cpu.c

11、中修改的代碼 1.堆棧初始化OSTaskStkInit代碼實現(xiàn) 表7.7 堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit在虛擬平臺下的移植2.啟動高優(yōu)先級任務(wù)OSStartHighRdy代碼實現(xiàn) 表7.8 啟動高優(yōu)先級任務(wù)函數(shù)OSStartHighRdy在虛擬平臺下的移植 3.任務(wù)切換OSCtxSw代碼實現(xiàn) 表7.9 OS_TASK_SW在虛擬平臺下的移植4.中斷中的任務(wù)切換OSIntCtxSw代碼實現(xiàn) 表7.10

12、 OSIntCtxSw 在虛擬平臺下的移植5.時鐘中斷服務(wù)OSTickISRuser代碼實現(xiàn) 表7.11 OSTickISRuser 在虛擬平臺下的移植6.主程序代碼實現(xiàn) 表7.12虛擬平臺下的移植中主程序的實現(xiàn),,,,,表7.12虛擬平臺下的移植中主程序的實現(xiàn),7.3 在基于NIOS軟核的FPGA嵌入式系統(tǒng)下的μC/OS-II移植,,大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為我們這個時代先進的和普遍應(yīng)用的技術(shù)。在QUARTU

13、S下可以編寫硬件描述語言Verilog或其他語言實現(xiàn)對FPGA的編程，這是所謂的純硬件設(shè)計。除此之外，在FPGA的內(nèi)部可以采用SOPC技術(shù)編制CPU，即NIOS-II處理器，并在NOIS IDE應(yīng)用程序環(huán)境下編寫C和匯編軟件，實現(xiàn)類似于帶有處理器和存儲器的系統(tǒng)的編程，這就是軟核技術(shù)。在軟核下，一些需要提供快速處理的子功能同樣可以用硬件實現(xiàn)，而軟核的優(yōu)點在于便于實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。而軟核下最顯著的優(yōu)勢就在于移植嵌入式操作系統(tǒng)。,7.3.1

14、系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含系統(tǒng)整體硬件的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)CPU的結(jié)構(gòu)。實際上硬件包含了FPGA及其他的接口和功能器件，集中在電路板上，這一部分將給出原理框圖；另外，使用SOPC技術(shù)在FPGA內(nèi)部設(shè)計NIOS-II處理器。,,,7.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu),NIOS-II CPU的設(shè)計,,,7.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu),Quartus II 8.1下的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,,,7.3.2 NIOS II寄存器,,,7.3.2 NIOS II寄存器,,,7.3.3 os_

15、cpu.h的移植代碼,表7.15INCLUDES.H的移植代碼,,,7.3.4 os_cpu.c的移植代碼,表7.16 os_cpu.c的移植代碼,7.3.5 os_cpu.s的移植代碼,表7.16 os_cpu.s的移植代碼,7.3.6 工程的創(chuàng)建和移植測試,在NIOS下，最方便的方法是直接創(chuàng)建一個μC/OS-II的工程。如下圖，選擇我們編譯好的硬件系統(tǒng)文件niostestreal.ptf，并在Name域給工程命名，然后按“Fin

16、ish”即可。,,,,,,這時候，NIOS已為μC/OS-II系統(tǒng)構(gòu)建了環(huán)境，這體現(xiàn)了NIOS與μC/OS-II的良好接口，我們將μC/OS-II 2.91版的操作系統(tǒng)C文件復(fù)制到 “D:\altera\81\nios2eds\components\micrium_uc_osii\UCOSII\src”目錄，將頭文件復(fù)制到“D:\altera\81\nios2eds\components\micrium_uc_osii\UCOSII\i