嵌入式系統(tǒng)工程課程設(shè)計報告

1、2010/2011學(xué)年第2學(xué)期課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱 ： 嵌入式系統(tǒng)工程課程設(shè)計 班 級 ： 計算計控制0901 姓名 ：學(xué)號 ：教學(xué)周數(shù) ： 2周 地 點 ： 嵌入式系統(tǒng)實訓(xùn)室（205）指導(dǎo)教師 ：一 、實訓(xùn)目的(1)：進一步熟悉ADS集成環(huán)境的使用方法。(2)：熟悉ARM7硬件平臺和UCOSII操作系統(tǒng),掌握操作系統(tǒng)移植的原理與具體過程。將uCOS-II 核移植到ARM7 微處理器上(3)：了解uCOS-II 的嵌入式系統(tǒng)BootLoader 的框架和編寫過程 (4)：了解MP3 歌曲的編、解碼的相關(guān)知識。(5)：掌握MP3 文件的格式并能分析幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(6)：掌握MP3 歌曲的解碼播放

2、的基本方法。(7)：學(xué)習(xí)解碼播放存中的一段MP3 歌曲。(8)：掌握ARM7實驗箱上各模塊的電路結(jié)構(gòu)，功能，與能進行熟練的使用。二 、設(shè)計容uCOS-II的剪裁和移植，學(xué)習(xí)在實驗箱上實現(xiàn)MP3歌曲的播放。軟件： WINDOWS XP、ARM SDT 或ADS或IAR、超級終端通訊程序、仿真器、驅(qū)動程序。硬件：聯(lián)想CPU 420，1.60GHZ 電腦一臺，S3C44B0主板一塊，多功能JTAG調(diào)試下載器一個，串口線一根，并口線一根，5V電源一個。三 、實訓(xùn)環(huán)境四 、實訓(xùn)步驟（1）BootLoader 實驗1、實驗?zāi)康牧私饣趗COS-II 的嵌入式系統(tǒng)BootLoader 的框架和編寫過程。2、

3、實驗容編寫簡單的BootLoader 程序，實現(xiàn)Shell Menu 測試功能以與應(yīng)用程序引導(dǎo)功能，并燒寫到ROM 中驗證。3、預(yù)備知識1掌握在ARM SDT 2.5 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境中編寫和調(diào)試程序的基本過程。2了解計算機啟動引導(dǎo)過程。4、實驗設(shè)備與工具硬件：ARM 嵌入式開發(fā)平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以上。軟件：PC 機操作系統(tǒng)win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境、仿真器驅(qū)動程序、超級終端通訊程序嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書1176、實驗步驟1在編譯環(huán)境下新建工

4、程。需要注意的是，由于BootLoader 映象文件最終運行的地址空間是0Bank，所以該工程的連接地址不同于其他運行于SDRAM 的工程。Release 版本的ROBase 是0x0，RW Base 是0xc600000；由于該工程的Debug 版本還可以進行仿真調(diào)試，所以Debug 版本的RO Base 是0xc400000，RW Base 是0xc600000（Debug 版本的連接地址設(shè)置僅供參考）。另外，也可以把工程最后產(chǎn)生的二進制文件名改為bootloader.bin，詳情參考“SDT2.5 和ADS1.2 環(huán)境設(shè)置實驗”。ADS 環(huán)境下，該工程無需其他工程才具有的init 目錄，

5、而ARMLinker 配置中的Output選項中LinkerType 也要選擇Simple，然后輸入上述地址即可。把本實驗?zāi)夸浵碌脑次募尤牍こ?。在這里沒有給出文件系統(tǒng)的源碼，所以把文件系統(tǒng)的庫文件也加入到工程中。SRC 目錄下包括系統(tǒng)啟動的必須初始化配置文件和部分用到的硬件驅(qū)動，以實現(xiàn)檢測功能。2打開main.c 文件，查看BootLoader 的編寫過程。這里首先作了必要的硬件初始化，僅給出了NAND FLASH 自檢例程（沒有給出芯片操作細節(jié)），然后輸出提示信息。接下來會等待查詢是否有鍵按下，如果沒有則直接引導(dǎo)系統(tǒng)；否則顯示Shell Menu。3每個菜單項都對應(yīng)一個類型為Bios_fu

6、nction 的結(jié)構(gòu)體變量，其中包括該菜單項的功能函數(shù)指針，快捷鍵，菜單中的提示信息等容。所有這些結(jié)構(gòu)體變量都在一個數(shù)組中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書118以方便檢索。在顯示菜單后程序等待按鍵并根據(jù)鍵值查找對應(yīng)的功能函數(shù)。typedef struct Bios_func_t func;char *pShellMenu; /shell 模式下顯示的菜單字符串char MenuAcc; /shell 模式下菜單快捷鍵char *pCommand; /命令行模式下的命令char *pHelp; /命令行模式下的幫助Bios_function;4有的測試功能函數(shù)不是一直運行結(jié)束再返回菜單，而是

7、邊對目標(biāo)進行操作邊查詢終端是否有停止命令，如果有則立刻返回，否則繼續(xù)執(zhí)行。BootLoader 是這樣完成該動作的：index=Set_UartLoopFunc(ADTest_Loop);Uart_Getch(0);Clear_UartLoopFunc(index);其中ADTest_Loop 是對AD 硬件的操作函數(shù)。Set_UartLoopFunc() 函數(shù)把ADTest_Loop設(shè)置到串口輪詢函數(shù)數(shù)組中。Uart_Getch()函數(shù)查詢串口是否有輸入，如果沒有的話就調(diào)用串口輪詢數(shù)組中的函數(shù)，否則立刻返回。請查看相關(guān)代碼分析這種測試過程。5實現(xiàn)引導(dǎo)功能的代碼并不復(fù)雜，請查看Boot()和L

8、oadFile()兩個函數(shù)源碼。由于有了文件系統(tǒng)，只須打開并讀取指定文件到指定位置即完成了裝載，然后把程序指針指向該位置即實現(xiàn)了控制的轉(zhuǎn)移。int LoadFile(char *filename, unsigned char *pbuffer)_FILE *file;int i;file=OpenOSFile(filename,FILEMODE_READ);if(file=NULL)return FALSE;ReadOSFile(file, pbuffer, file->filesize);CloseOSFile(file);return TRUE;void Boot(char *pbo

9、otfile)if(pbootfile=NULL)pbootfile=SYSTEM_CODE; /File name is system.bindisconnect_USB(); /Exit USBrINTMSK=0xffffffff; /close all interrupt. Default value=0x7ffffffinitOSFile(); /initialize the FILE systemif(!LoadFile(pbootfile,(unsigned char *)(DOWNLOAD_ADDRESS)Uart_Printf("nCan not find file

10、%s",pbootfile);return; run();程序中定義了函數(shù)指針static void (*run)(void)=(void(*)(void)DOWNLOAD_ADDRESS;嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書119并把指定位置的地址強制轉(zhuǎn)換為函數(shù)指針類型，然后使用run() 即可運行該地址處的指令了。DOWNLOAD_ADDRESS 實際實際上被定義為0xc080000。6對工程進行編譯，使用合適的燒寫工具，比如博創(chuàng)科技的硬件仿真器，把Release版本的bootloader.bin 燒寫到BOOT FLASH 中。注意燒寫的映象文件必須是Release 版本的。注意

11、：在本實驗中請用戶確保有可靠的燒寫工具后再嘗試把本實驗的結(jié)果燒寫到BOOT FLASH中。否則可能無確恢復(fù)原有BIOS 將會導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常使用！而Debug 版本也可以用仿真器進行調(diào)試，但是點GO 按鈕后最好按住平臺鍵盤不放，使程序進入測試狀態(tài)；假如程序在調(diào)試中嘗試實現(xiàn)引導(dǎo)功能的話，可能出現(xiàn)無法預(yù)料的結(jié)果，因為調(diào)試的時候bootloader 自己就在SDRAM，而引導(dǎo)過程也是把目標(biāo)復(fù)制到SDRAM，如果地址空間重疊，勢必導(dǎo)致程序運行失常。前邊設(shè)置Debug 版本的RO Base 是0xc400000，RW Base 是0xc600000，而引導(dǎo)程序的目標(biāo)地址是0xc080000，如果裝載sy

12、stem.bin 文件后地址空間沒有沖突，則Debug 版本也可以正常引導(dǎo)。7、思考題1在bootloader 實驗中是何時安裝的文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)是如何安裝的？2PC 機硬盤引導(dǎo)過程是怎樣的？對比嵌入式設(shè)備理解引導(dǎo)過程。_這里的BootLoader 和前邊曾經(jīng)提到的BIOS 在功能上是沒有差別的。其功能包括上電后對系統(tǒng)進行自檢，主要包括SDRAM，CACHE，F(xiàn)LASH 等硬件；提供Shell Menu 檢測設(shè)置菜單和相應(yīng)的檢測程序；引導(dǎo)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序。需要說明，平臺的BIOS 燒寫到一片2M BOOT FLASH 芯片中，相當(dāng)于BOOT ROM，該芯片掛在系統(tǒng)總線上，占用0Bank

13、地址空間；當(dāng)系統(tǒng)上電或硬件復(fù)位后首先從0Bank 的0x00000000地址執(zhí)行指令，也就是從BIOS 開始執(zhí)行程序。BIOS 首先獲得系統(tǒng)的控制權(quán)。而操作系統(tǒng)以與應(yīng)用程序等則是拷貝到另外一片16M NAND FLASH 芯片中的，而且是用文件系統(tǒng)進行管理的，這相當(dāng)于一個海量存儲器或電子硬盤，同時當(dāng)平臺激活USB 時，該芯片構(gòu)成U 盤使用。BootLoader 所謂的引導(dǎo)功能指的是：BootLoader 程序首先獲得系統(tǒng)的控制權(quán)之后，對關(guān)鍵硬件自檢沒有發(fā)現(xiàn)故障并且控制臺沒有發(fā)出啟用Shell Menu 檢測菜單的情況下，依據(jù)文件系統(tǒng)的管理和支持，從電子硬盤即16M NAND FLASH 中讀取

14、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序的代碼到SDRAM 的指定位置，然后把程序指針轉(zhuǎn)移到該位置，從而使操作系統(tǒng)獲得控制權(quán)，完成引導(dǎo)過程。在Shell Menu 檢測菜單中也可以設(shè)置實現(xiàn)引導(dǎo)功能的命令。由于BootLoader 依賴文件系統(tǒng)進行引導(dǎo)，所以可以按文件名進行查找，在平臺的BIOS中規(guī)定操作系統(tǒng)所在文件的文件名必須是“system.bin”。所以所有的工程設(shè)置中都將最后產(chǎn)生的二進制文件命名為“system.bin”。（2）uCOS-II 在ARM 微處理器上的移植與編譯一、實驗?zāi)康?了解uCOS-II 核的主要結(jié)構(gòu)。2掌握將uCOS-II 核移植到ARM7 處理器上的基本方法。二、實驗容1將uCOS-I

15、I 核移植到ARM7 微處理器上。2編寫兩個簡單任務(wù)，在超級終端上觀察兩個任務(wù)的切換。三、預(yù)備知識1掌握在ARM SDT 2.5 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境中編寫和調(diào)試程序的基本過程。2了解ARM7 處理器的結(jié)構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書1203了解uCOS-II 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。四、實驗設(shè)備與工具硬件：ARM 嵌入式開發(fā)平臺、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以上。軟件：PC 機操作系統(tǒng)win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境、仿真器驅(qū)動程序、超級終端通訊程序。五、實驗原理所謂移植，指的是一個

16、操作系統(tǒng)可以在某個微處理器或者微控制器上運行。雖然uCOS-II的大部分源代碼是用C 語言寫成的，仍需要用C 語言和匯編語言完成一些與處理器相關(guān)的代碼。比如：uCOS-II 在讀寫處理器、寄存器時只能通過匯編語言來實現(xiàn)。因為uCOS-II 在設(shè)計的時候就已經(jīng)充分考慮了可移植性，所以，uCOS-II 的移植還是比較容易的。要使uCOS-II 可以正常工作，處理器必須滿足以下要求：1處理器的C 編譯器能產(chǎn)生可重入代碼?？芍厝氲拇a指的是一段代碼（如一個函數(shù)）可以被多個任務(wù)同時調(diào)用，而不必擔(dān)心會破壞數(shù)據(jù)。也就是說，可重入型函數(shù)在任何時候都可以被中斷執(zhí)行，過一段時間以后又可以繼續(xù)運行，而不會因為在函數(shù)

17、中斷的時候被其他的任務(wù)重新調(diào)用，影響函數(shù)中的數(shù)據(jù)。下面的兩個例子可以比較可重入型函數(shù)和非可重入型函數(shù)：程序1：可重入型函數(shù)void swap(int *x, int *y)int temp;temp=*x;*x=*y;*y=temp;程序2：非可重入型函數(shù)int temp;void swap(int *x, int *y)temp=*x;*x=*y;*y=temp;程序1 中使用的是局部變量temp 作為變量。通常的C 編譯器，把局部變量分配在棧中。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書121所以，多次調(diào)用同一個函數(shù)，可以保證每次的temp 互不受影響。而程序2 中temp 定義的是全局變量，多次

18、調(diào)用函數(shù)的時候，必然受到影響。代碼的可重入性是保證完成多任務(wù)的基礎(chǔ)，除了在C 程序中使用局部變量以外，還需要C 編譯器的支持。筆者使用的是ARM SDT 以與ADS 的集成開發(fā)環(huán)境，均可以生成可重入的代碼。2在程序中可以打開或者關(guān)閉中斷。在uCOS-II 中，可以通過OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏來控制系統(tǒng)關(guān)閉或者打開中斷。這需要處理器的支持,在ARM7TDMI 的處理器上，可以設(shè)置相應(yīng)的寄存器來關(guān)閉或者打開系統(tǒng)的所有中斷。3處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷（通常在10Hz1000Hz 之間）。uCOS-II 是通過處理器產(chǎn)生的定時器的中斷來

19、實現(xiàn)多任務(wù)之間的調(diào)度的。在ARM7TDMI的處理器上可以產(chǎn)生定時器中斷。4處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧。5處理器有將堆棧指針和其他CPU 寄存器存儲和讀出到堆棧（或者存）的指令。uCOS-II 進行任務(wù)調(diào)度的時候，會把當(dāng)前任務(wù)的CPU 寄存器存放到此任務(wù)的堆棧中，然后，再從另一個任務(wù)的堆棧中恢復(fù)原來的工作寄存器，繼續(xù)運行另一個任務(wù)。所以，寄存器的入棧和出棧是uCOS-II 多任務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)。圖3-2 說明了uC/OS 的結(jié)構(gòu)以與它與硬件的關(guān)系。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書圖3-2 uCOS-II 硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)ARM7TDMI 處理器完全滿足上述要求。接下來將介紹如何把uC

20、OS-II 移植到Samsung 公司的一款A(yù)RM7TDMI 的嵌入式處理器S3C44B0X 上。六、實驗步驟1該實驗的文件分為兩類，其一是STARTUP 目錄下的系統(tǒng)初始化、配置等文件，其二是uCOS-II 的全部源碼，arch 目錄下的3 個文件是和處理器架構(gòu)相關(guān)的。2設(shè)置os_cpu.h 中與處理器和編譯器相關(guān)的代碼typedef unsigned char BOOLEAN;typedef unsigned char INT8U;typedef signed char INT8S;typedef unsigned int INT16U;typedef signed int INT16S;

21、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;嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書123extern int INTS_OFF(void);extern void INTS_ON(void);#define OS_ENTER_CRITICAL() cpu_sr = INTS_OFF(); #define OS_EXIT_CRITICAL(

22、) if(cpu_sr = 0) INTS_ON(); #define OS_STK_GROWTH 11）與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型因為不同的微處理器有不同的字長，所以uCOS-II 的移植包括了一系列的類型定義以確保其可移植性。尤其是uCOS-II 代碼從不使用C 的short,int 和long 等數(shù)據(jù)類型，因為它們是與編譯器相關(guān)的，不可移植。相反的，我們定義的整形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既是可移植的又是直觀的。為了方便，雖然uCOS-II 不使用浮點數(shù)據(jù)，但我們還是定義了浮點數(shù)據(jù)類型。例如，INT16U 數(shù)據(jù)類型總是代表16 位的無符號整數(shù)。現(xiàn)在，uCOS-II 和用戶的應(yīng)用程序就可以估計出聲明為該數(shù)據(jù)類型

23、的變量的取值圍是065535。將uCOS-II 移植到32 位的處理器上也就意味著INT16U 實際被聲明為無符號短整形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不是無符號整數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是，uCOS-II 所處理的仍然是INT16U。用戶必須將任務(wù)堆棧的數(shù)據(jù)類型告訴給uCOS-II。這個過程是通過為OS_STK 聲明正確的C 數(shù)據(jù)類型來完成的。我們的處理器上的堆棧成員是16 位的，所以將OS_STK 聲明為無符號整形數(shù)據(jù)類型。所有的任務(wù)堆棧都必須用OS_STK 聲明數(shù)據(jù)類型。2）OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()與所有的實時核一樣，uCOS-II 需要先禁止中斷再訪問代碼的臨界區(qū)，

24、并且在訪問完畢后重新允許中斷。這就使得uCOS-II 能夠保護臨界區(qū)代碼免受多任務(wù)或中斷服務(wù)例程（ISR）的破壞。在S3C44B0X 上是通過兩個函數(shù)（OS_CPU_A.S）實現(xiàn)開關(guān)中斷的。INTS_OFFmrs r0, cpsr ; 當(dāng)前 CSRmov r1, r0 ; 復(fù)制屏蔽orr r1, r1, #0xC0 ; 屏蔽中斷位msr CPSR, r1 ; 關(guān)中斷(IRQ and FIQ)and r0, r0, #0x80 ; 從初始CSR 返回FIQ 位mov pc,lr ; 返回INTS_ONmrs r0, cpsr ; 當(dāng)前 CSRbic r0, r0, #0xC0 ; 屏蔽中斷msr

25、 CPSR, r0 ; 開中斷 (IRQ and FIQ)mov pc,lr ; 返回1243）OS_STK_GROWTH絕大多數(shù)的微處理器和微控制器的堆棧是從上往下長的。但是某些處理器是用另外一種方式工作的。uCOS-II 被設(shè)計成兩種情況都可以處理，只要在結(jié)構(gòu)常量OS_STK_GROWTH 中指定堆棧的生長方式就可以了。置OS_STK_GROWTH 為0 表示堆棧從下往上長。置OS_STK_GROWTH 為1 表示堆棧從上往下長。3用C 語言編寫6 個操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)（OS_CPU_C.C）1）OSTaskStkInitOSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()通過

26、調(diào)用OSTaskStkInit()來初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)。因此，堆?？雌饋砭拖駝偘l(fā)生過中斷并將所有的寄存器保存到堆棧中的情形一樣。圖-3 顯示了OSTaskStkInt()放到正被建立的任務(wù)堆棧中的東西。這里我們定義了堆棧是從上往下長的。在用戶建立任務(wù)的時候，用戶傳遞任務(wù)的地址，pdata 指針，任務(wù)的堆棧棧頂和任務(wù)的優(yōu)先級給OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()。一旦用戶初始化了堆棧，OSTaskStkInit()就需要返回堆棧指針?biāo)傅牡刂?。OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()會獲得該地址并將它保存到任務(wù)控制塊（OS_TCB）中。圖3-

27、3 堆棧初始化（pdata 通過堆棧傳遞）OS_STK * OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos,INT16U opt) unsigned int * stk;stk = (unsigned int *)ptos; /* 裝載堆棧指針 */opt+; /* 為新任務(wù)建立堆棧 */*-stk = (unsigned int) task; /* pc */低地址存存儲的處理器寄存器值中斷返回地址處理器狀態(tài)字任務(wù)起始地址pdata高地址存堆棧指針堆棧增長方向嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書125*-stk

28、= (unsigned int) task; /* lr */*-stk = 12; /* r12 */*-stk = 11; /* r11 */*-stk = 10; /* r10 */*-stk = 9; /* r9 */*-stk = 8; /* r8 */*-stk = 7; /* r7 */*-stk = 6; /* r6 */*-stk = 5; /* r5 */*-stk = 4; /* r4 */*-stk = 3; /* r3 */*-stk = 2; /* r2 */*-stk = 1; /* r1 */*-stk = (unsigned int) pdata; /* r0

29、 */*-stk = (SUPMODE); /* cpsr */*-stk = (SUPMODE); /* spsr */return (OS_STK *)stk);2）OSTaskCreateHook當(dāng)用OSTaskCreate() 和OSTaskCreateExt() 建立任務(wù)的時候就會調(diào)用OSTaskCreateHook()。該函數(shù)允許用戶或使用移植實例的用戶擴展uCOS-II 功能。當(dāng)uCOS-II設(shè)置完了自己的部結(jié)構(gòu)后，會在調(diào)用任務(wù)調(diào)度程序之前調(diào)用OSTaskCreateHook()。該函數(shù)被調(diào)用的時候中斷是禁止的。因此用戶應(yīng)盡量減少該函數(shù)中的代碼以縮短中斷的響應(yīng)時間。當(dāng)OSTask

30、CreateHook()被調(diào)用的時候，它會收到指向已建立任務(wù)的OS_TCB 的指針，這樣它就可以訪問所有的結(jié)構(gòu)成員了。函數(shù)原型：void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb)3）OSTaskDelHook當(dāng)任務(wù)被刪除的時候就會調(diào)用OSTaskDelHook()。該函數(shù)在把任務(wù)從uCOS-II 的部任務(wù)鏈表中解開之前被調(diào)用。當(dāng)OSTaskDelHook()被調(diào)用的時候，它會收到指向正被刪除任務(wù)的OS_TCB 的指針，這樣它就可以訪問所有的結(jié)構(gòu)成員了。OSTaskDelHook()可以來檢驗TCB擴展是否被建立（一個非空指針）并進行一些清除操作。函數(shù)原型：void OST

31、askDelHook (OS_TCB *ptcb)4）OSTaskSwHook當(dāng)發(fā)生任務(wù)切換的時候就會調(diào)用OSTaskSwHook() 。OSTaskSwHook()可以直接訪問OSTCBCur 和OSTCBHighRdy，因為它們是全局變量。OSTCBCur 指向被切換出去的任務(wù)OS_TCB，而OSTCBHighRdy 指向新任務(wù)OS_TCB。注意在調(diào)用OSTaskSwHook()期間中斷一直是被禁止的。因此用戶應(yīng)盡量減少該函數(shù)中的代碼以縮短中斷的響應(yīng)時間。函數(shù)原型：void OSTaskSwHook (void)5）OSTaskStatHookOSTaskStatHook()每秒鐘都會被O

32、STaskStat()調(diào)用一次。用戶可以用OSTaskStatHook()嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書126來擴展統(tǒng)計功能。例如，用戶可以保持并顯示每個任務(wù)的執(zhí)行時間，每個任務(wù)所用的CPU 份額，以與每個任務(wù)執(zhí)行的頻率等。函數(shù)原型：void OSTaskStatHook (void)6）OSTimeTickHookOSTimeTickHook()在每個時鐘節(jié)拍都會被OSTaskTick()調(diào)用。實際上，OSTimeTickHook()是在節(jié)拍被uCOS-II 真正處理，并通知用戶的移植實例或應(yīng)用程序之前被調(diào)用的。函數(shù)原型：void OSTimeTickHook (void)后5 個函數(shù)為

33、鉤子函數(shù)，可以不加代碼。只有當(dāng)OS_CFG.H 中的OS_CPU_HOOKS_EN 被置為1 時才會產(chǎn)生這些函數(shù)的代碼。4用匯編語言編寫4 個與處理器相關(guān)的函數(shù)（OS_CPU.ASM）1）OSStartHighRdy ()；運行優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)OSStartHighRdyLDR r4, addr_OSTCBCur ; 得到當(dāng)前任務(wù)TCB 地址LDR r5, addr_OSTCBHighRdy ; 得到最高優(yōu)先級任務(wù)TCB 地址LDR r5, r5 ; 獲得堆棧指針LDR sp, r5 ; 轉(zhuǎn)移到新的堆棧中STR r5, r4 ; 設(shè)置新的當(dāng)前任務(wù)TCB 地址LDMFD sp!, r4MSR

34、 SPSR, r4LDMFD sp!, r4 ; 從棧頂獲得新的狀態(tài)MSR CPSR, r4 ; CPSR 處于 SVC32Mode 摸式LDMFD sp!, r0-r12, lr, pc ; 運行新的任務(wù)2）OS_TASK_SW ()；任務(wù)級的任務(wù)切換函數(shù)OS_TASK_SWSTMFD sp!, lr ; 保存 pcSTMFD sp!, lr ; 保存 lrSTMFD sp!, r0-r12 ; 保存寄存器和返回地址MRS r4, CPSRSTMFD sp!, r4 ; 保存當(dāng)前的PSRMRS r4, SPSRSTMFD sp!, r4 ; 保存SPSR; OSPrioCur = OSPri

35、oHighRdyLDR r4, addr_OSPrioCurLDR r5, addr_OSPrioHighRdyLDRB r6, r5STRB r6, r4; 得到當(dāng)前任務(wù)TCB 地址嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書127LDR r4, addr_OSTCBCurLDR r5, r4STR sp, r5 ; 保存sp 在被占先的任務(wù)的 TCB; 得到最高優(yōu)先級任務(wù)TCB 地址LDR r6, addr_OSTCBHighRdyLDR r6, r6LDR sp, r6 ; 得到新任務(wù)堆棧指針; OSTCBCur = OSTCBHighRdySTR r6, r4 ; 設(shè)置新的當(dāng)前任務(wù)的TCB 地址

36、;保存任務(wù)方式寄存器LDMFD sp!, r4MSR SPSR, r4LDMFD sp!, r4MSR CPSR, r4; 返回到新任務(wù)的上下文LDMFD sp!, r0-r12, lr, pc3）OSIntCtxSw()；中斷級的任務(wù)切換函數(shù)OSIntCtxSwadd r7, sp, #16 ; 保存寄存器指針LDR sp, =IRQStack ;FIQ_STACKmrs r1, SPSR ; 得到暫停的 PSRorr r1, r1, #0xC0 ; 關(guān)閉 IRQ, FIQ.msr CPSR_cxsf, r1 ; 轉(zhuǎn)換模式 (應(yīng)該是 SVC_MODE)ldr r0, r7, #52 ; 從I

37、RQ 堆棧中得到IRQ's LR (任務(wù) PC)sub r0, r0, #4 ; 當(dāng)前PC 地址是(saved_LR - 4)STMFD sp!, r0 ; 保存任務(wù) PCSTMFD sp!, lr ; 保存 LRmov lr, r7 ; 保存 FIQ 堆棧 ptr in LR (轉(zhuǎn)到 nuke r7)ldmfd lr!, r0-r12 ; 從FIQ 堆棧中得到保存的寄存器STMFD sp!, r0-r12 ;在任務(wù)堆棧中保存寄存器;在任務(wù)堆棧上保存PSR 和任務(wù) PSRMRS r4, CPSRbic r4, r4, #0xC0 ; 使中斷位處于使能態(tài)STMFD sp!, r4 ; 保

38、存任務(wù)當(dāng)前 PSRMRS r4, SPSRSTMFD sp!, r4 ; SPSR; OSPrioCur = OSPrioHighRdy / 改變當(dāng)前程序LDR r4, addr_OSPrioCur嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書128LDR r5, addr_OSPrioHighRdyLDRB r6, r5STRB r6, r4; 得到被占先的任務(wù)TCBLDR r4, addr_OSTCBCurLDR r5, r4STR sp, r5 ; 保存sp 在被占先的任務(wù)的 TCB; 得到新任務(wù) TCB 地址LDR r6, addr_OSTCBHighRdyLDR r6, r6LDR sp, r6

39、 ; 得到新任務(wù)堆棧指針; OSTCBCur = OSTCBHighRdySTR r6, r4 ; 設(shè)置新的當(dāng)前任務(wù)的TCB 地址LDMFD sp!, r4MSR SPSR, r4LDMFD sp!, r4BIC r4, r4, #0xC0 ; 必須退出新任務(wù)通過允許中斷MSR CPSR, r4LDMFD sp!, r0-r12, lr, pc4）OSTickISR()；時鐘節(jié)拍中斷多任務(wù)操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度是基于時鐘節(jié)拍中斷的，uCOS-II 也需要處理器提供一個定時器中斷來產(chǎn)生節(jié)拍，借以實現(xiàn)時間的延時和期滿功能。但在本系統(tǒng)移植uCOS-II 時，時鐘節(jié)拍中斷的服務(wù)函數(shù)并非uCOS-II 文獻

40、中提到的OSTickISR()，而直接是C 語言編寫的OSTimeTick()。請參考“定時器中斷實驗”的容，時鐘節(jié)拍中斷的產(chǎn)生與該實驗中所述容類似。本系統(tǒng)uCOS-II 移植時占用的時鐘資源是TIMER1。在平臺初始化函數(shù)ARMTargetInit()中，調(diào)用uHALr_InitTimers()函數(shù)初始化TIMER1相關(guān)寄存器；調(diào)用uHALr_InterruptRequestInit()函數(shù)初始化中斷請求，其過語句SetISR_Interrupt(INT_TIMER1_OFFSET, OSTimeTick, NULL)將OSTimeTick()函數(shù)設(shè)置為TIMER1 的中斷服務(wù)函數(shù)。這些函數(shù)

41、在文件UHAL.C 以與ISR.C 中。程序中必須在開始多任務(wù)調(diào)度之后再允許時鐘節(jié)拍中斷，即在OSStart()調(diào)用過后，uCOS-II 運行的第一個任務(wù)中啟動節(jié)拍中斷。如果在調(diào)用OSStart()啟動多任務(wù)調(diào)度之前就啟動時鐘節(jié)拍中斷，uCOS-II 運行狀態(tài)可能不確定而導(dǎo)致崩潰，請參考uCOS-II 文獻移植一節(jié)。本系統(tǒng)是在系統(tǒng)任務(wù)SYS_Task 中調(diào)用uHALr_InstallSystemTimer()函數(shù)打開IRQ 和TIMER1 中斷的，從而啟動時鐘節(jié)拍。本實驗A 部分的SYS_Task 見下文第5 步所述。在系統(tǒng)提供的完整uCOS-II 庫中，SYS_Task()在文件OSAddT

42、ask.C 中定義，用戶不必創(chuàng)建，請參考本實驗B 部分“完善的uCOS-II 開發(fā)框架”。完成了上述工作以后，uCOS-II 就可以運行在ARM 處理器上了。編寫一個簡單的多任務(wù)程序來測試一下移植是否成功。為了使uCOS-II 可以正常運行，除了上述必須的移植工作外，硬件初始化和配置文件也嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書129是必須的。STARTUP 目錄下的文件還包括中斷處理，時鐘，串口通信等基本功能函數(shù)。在文件main.c 中給出了應(yīng)用程序的基本框架，包括初始化和多任務(wù)的創(chuàng)建，啟動等。任務(wù)創(chuàng)建方法如下：1）在程序開頭定義任務(wù)堆棧，任務(wù)函數(shù)聲明和任務(wù)優(yōu)先級：OS_STK TaskName_

43、StackSTACKSIZE=0, ; /任務(wù)堆棧void TaskName(void *Id); /任務(wù)函數(shù)#define TaskName_Prio N /任務(wù)優(yōu)先級2）在main()函數(shù)中調(diào)用OSStart()函數(shù)之前用下列語句創(chuàng)建任務(wù)：OSTaskCreate(TaskName,(void*)0,(OS_STK*)&TaskName_StackSTACKSIZE-1,TaskName_Prio);OSTaskCreate()函數(shù)的原型是：INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), void *p_arg, OS_STK *ptos,

44、INT8U prio);需要將任務(wù)函數(shù)TaskName，任務(wù)堆棧TaskName_Stack，任務(wù)優(yōu)先級TaskName_Prio 三個參數(shù)傳給OSTaskCreate()函數(shù)。根據(jù)任務(wù)函數(shù)的容決定堆棧大小，宏STACKSIZE 定義為4KB，可以在此基數(shù)上乘倍。任務(wù)優(yōu)先級越高，TaskName_Prio 值越??；uCOS-II 可以管理64個任務(wù)，由OSInit()創(chuàng)建的空閑任務(wù)的優(yōu)先級最低為63；uCOS-II 保留4 個最高和4 個最低優(yōu)先級，用戶任務(wù)可以使用其余56 個優(yōu)先級值。3）編寫任務(wù)函數(shù)容：void TaskName(void *Id)/添入任務(wù)初始化語句for(;) /添入任

45、務(wù)循環(huán)容OSTimeDly(SusPendTime);/掛起一定時間，以使其他任務(wù)可以占用CPUuCOS-II 至少要有一個任務(wù)，這里首先創(chuàng)建一個系統(tǒng)任務(wù)SYS_Task，其中由語句OSRunning=TRUE; /使能uCOS-II 運行uHALr_InstallSystemTimer();啟動系統(tǒng)時鐘和多任務(wù)切換。為了驗證uCOS-II 多任務(wù)切換的進行，再編寫兩個簡單的任務(wù)，分別在超級終端上輸出run task1 和run task2。可以參考main.c 的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建多個不同功能的任務(wù)，觀察個任務(wù)的切換。1編譯并下載移植后的uCOS-II所有的源代碼都準(zhǔn)備好后就可以進行編譯了。在ADS

46、環(huán)境下需要設(shè)置工程的訪問路徑。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書130從菜單Edit | Debug Settings 進入設(shè)置對話框，在Target | Access Paths 中選擇User Paths并選上Always search user paths。然后點Add 按鈕添加路徑ucos-ii 和arch。這主要是設(shè)置編譯器處理文件包含時的搜索圍。按照實驗一的方法可以對編譯后的代碼進行調(diào)試或下載到平臺的電子硬盤中。這個實驗從結(jié)構(gòu)上看和其他的實驗沒有多大區(qū)別，同樣生成可執(zhí)行文件system.bin。可以在平臺BIOS中激活電子硬盤，然后把system.bin 拷貝進去，重啟平臺，然后在

47、超級終端上觀察結(jié)果。七、思考題1UCOS-II 是如何利用定時器中斷來實現(xiàn)多任務(wù)之間的調(diào)度的？_（3）音頻實驗一、實驗?zāi)康?掌握S3C44B0X 自帶的IIS 音頻接口的使用方法。2掌握DMA 數(shù)據(jù)傳輸方式。二、實驗容學(xué)習(xí)S3C44B0X 自帶的IIS 音頻接口的使用，通過DMA 數(shù)據(jù)傳輸方式編程實現(xiàn)對WAV 聲音文件（不超過10 秒）的循環(huán)播放。三、預(yù)備知識1、用ARM SDT 2.5 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境，編寫和調(diào)試程序的基本過程。2、基于uCOS-II 操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序的框架結(jié)構(gòu)。3、會使用Source Insight 3 編輯C 語言源程序。4、學(xué)習(xí)IIS 音頻總線協(xié)議。5、

48、學(xué)習(xí)DMA 數(shù)據(jù)傳輸方式四、實驗設(shè)備與工具硬件：ARM 嵌入式開發(fā)平臺，用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 機Pentium100 以上、耳麥。軟件：PC 機操作系統(tǒng)win98 以上、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境、仿真器驅(qū)動程序、Source Insight 3.0。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書134五、實驗原理與說明1WAV 音樂格式在Windwos 環(huán)境下，大部分的多媒體文件都依循著一種結(jié)構(gòu)來存放信息,這種結(jié)構(gòu)稱為“資源互換文件格式”( resources interchange file format , 簡稱RIFF)。例如聲音的WAV 文件

49、、視頻的AVI 文件等等均是由此結(jié)構(gòu)衍生出來的。RIFF 可以看作是一種樹狀結(jié)構(gòu),其基本構(gòu)成單位為chunk ，猶如樹狀結(jié)構(gòu)中的節(jié)點，每個chunk 由“辨別碼”、“數(shù)據(jù)大小”與“數(shù)據(jù)”所組成。辨別碼由4 個ASCII 碼所構(gòu)成，數(shù)據(jù)大小則標(biāo)示出緊跟其后數(shù)據(jù)的長度(單位為Byte),而數(shù)據(jù)大小本身也用掉4 個Byte，所以事實上一個chunk 的長度為數(shù)據(jù)大小加8。一般而言，chunk 本身并不允許部再包含chunk，但有兩種例外，分別為以“RIFF”與“LIST”為辨別碼的chunk 。而針對這兩種chunk，RIFF 又從原先的“數(shù)據(jù)”中切出4個Byte。這4 個Byte 稱為“格式辨別碼

50、”，然而RIFF 又規(guī)定文件中僅能有一個以“RIFF”為辨別碼的chunk。只要是依循這一結(jié)構(gòu)的文件, 我們均稱之為RIFF 文檔。這種結(jié)構(gòu)提供了一種系統(tǒng)化的分類。如果和MS-DOS 文件系統(tǒng)作比較,“RIFF”chunk 就好比是一臺硬盤的根目錄,其格式辨別碼便是此硬盤的邏輯代碼(C：或D：)，而“LIST”chunk 即為其下的子目錄，其他的chunk 則為一般的文件。至于在RIFF 文件的處理方面，微軟提供了相關(guān)的函數(shù)。視窗下的各種多媒體文件格式就如同在磁盤上規(guī)定僅能放怎樣的目錄，而在該目錄下僅能放何種數(shù)據(jù)。WAV 為waveform（波形)的縮寫。聲音文件的結(jié)構(gòu)如表4-1 所示，“RI

51、FF”的格式辨別碼為“WAVE”。整個文件由兩個chunk 所組成:辨別碼“fmt ”（注意，最后一個是空白字符！）與“data”。在“fmt”的chunk 下包含了一個PCMWAVE-FORMAT 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其定義如下：typedef struct pcmwaveformat-tagWAVEFORMAT wf;WORD wBitsPerSample;PCMWAVEFORMAT;typedef struct waveformat-tag嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書135WORD wFormat Tag ;WORD nChannels;DWORD nSamplesPerSec;DWORD

52、nAvgBytesperSec;WORD nBlockAlign;WAVEFORMAT;其意義分別為:wFormat Tag：記錄著此聲音的格式代號，例如WAVE- FORMAT- PCM，WAVE- FORAM- AD-PCM等等。nChannels：記錄聲音的通道數(shù)。nSamplesPerSec：記錄每秒取樣數(shù)。nAvgBytesPerSec：記錄每秒的數(shù)據(jù)量。nBlockAlign：記錄區(qū)塊的對齊單位。wBitsPerSample：記錄每個取樣所需的位數(shù)?！癲ata”Chunk 包含著真正的聲音數(shù)據(jù)。Windows 目前僅提供WAVE- FORMAT- PCM 一種數(shù)據(jù)格式，所代表的意義

53、是脈沖編碼調(diào)制(pulse code modulation)。針對這種格式，Windows定義了在“data”的chunk 中數(shù)據(jù)的存放情形，圖4-1 中列出了四種不同通道數(shù)與取樣所需的位元數(shù)以與位元位置的安排。圖4-1 PCM 文件中位元安排方式第一排表示單聲道8 位元，第二排表示雙聲道8 位元，第三排表示單聲道16 位元，第四排表示雙聲道16 位元。8 位元代表音量大小由8 個位元所表示，16 位元則代表音量大小由16 個位元所表示。理論上8 位元可以表示0255，16 位元可表示065535，不過Windows規(guī)定16 位元其值的圍為-3216832167。此外尚有一點要注意的是，0 并

54、不一定代表無聲，而是由中間的數(shù)值來決定，也就是在8 位元時為128，16 位元時為0 才是無聲。所以，若程序設(shè)計時需放入無聲的數(shù)據(jù),需特別注意聲音格式是16 或是8 位元，以放入適當(dāng)?shù)闹怠?IIS 音頻接口IIS 音頻接口總線共有四根線：串行數(shù)據(jù)輸入（IISDI）、串行數(shù)據(jù)輸出（IISDO）、左右嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗指導(dǎo)書136聲道選擇（IISLRCK）和串行位時鐘（IISCLK）。由主控設(shè)備提供IISLRCK 和IISCLK。1） IISCON 寄存器IISCON 寄存器的設(shè)置和位描述如表4-2 和表4-3 所示。表4-2 IISCON 寄存器的設(shè)置寄存器地址 R/W 描述復(fù)位值IISCON0x01D18000(Li/HW, Li/W, Bi/W)0x01D18002(Bi/HW)R/W IIS控制寄存器0x100表4-3 IISCON 寄存器的位描述IISCON 位描述初始化狀態(tài)左/右聲道指示（只讀）8 0 =左聲道 1 =右聲道1發(fā)送FIFO準(zhǔn)備好標(biāo)志（只讀）70=FIFO沒準(zhǔn)備好（空） 1=FIFO 準(zhǔn)備好（非空）0接收FIFO準(zhǔn)備好標(biāo)志