嵌入式實時操作系統(tǒng)uCOS-II：第10章 移植與應用

1、第10 章 移植與應用這一章將介紹C/OS-在不同處理器上移植的一般方法以及基于MCS-51和ARM處理器的移植和應用實例。 10.1 移植的基本方法 10.1.1 移植的概念與一般要求 這里所謂的移植就是使一個實時內(nèi)核能在另一種微處理器或者微控制器上運行。為了方便移植，C/OS-在設計時就充分考慮了可移植性，大部分代碼都是用ANSI C語言編寫的，考慮到絕大多數(shù)微處理器在讀寫寄存器時只能用匯編語言來實現(xiàn)，所以仍然需要用匯編語言來編寫一些與處理器相關的代碼。 10.1.1.1 移植對微處理器的要求 要使C/OS-能夠正常運行，處理器和編譯器必須滿足以下五項原則：處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼

2、；用C語言就可以實現(xiàn)開關中斷；處理器至少能支持定時中斷，中斷頻率一般在10至100Hz之間；處理器能夠支持硬件堆棧，容量可達幾千字節(jié)；處理器有堆棧指針和讀寫CPU其它寄存器、堆棧內(nèi)容或內(nèi)存的指令。10.1.1.2 對移植開發(fā)工具的要求 移植C/OS-，需要一個針對用戶用的CPU的C編譯器，它必須滿足如下要求：C編譯器必須支持匯編語言程序；C編譯器必須能支持可重入代碼，因為C/OS-是一個可剝奪型內(nèi)核；C編譯器必須包括匯編器、連接器和定位器。連接器用來將經(jīng)編譯和匯編后產(chǎn)生的不同的模塊連接成目標文件。定位器用于將代碼和數(shù)據(jù)放置在目標處理器的指定內(nèi)存映射空間中。C編譯器必須支持從C中打開和關閉中斷；

3、C編譯器最好支持用戶在C語言程序中嵌入?yún)R編語言，這有利于用匯編語言來直接開關中斷。 10.1.1.3 移植的主要工作 C/OS-的移植非常簡單，但前提是：必須理解處理器和C編譯器的技術細節(jié)擁有和掌握必要的工具處理器和編譯器滿足C/OS-的上述五項原則。根據(jù)如圖10.1所示的C/OS-軟硬件體系結構，移植工作主要是改寫與處理器有關的內(nèi)核代碼以及與編譯器數(shù)據(jù)類型有關的文件，詳細內(nèi)容如表10.1所示。 10.1.1.3 移植的主要工作移植所要進行的工作可以簡單地歸納為如下幾條：聲明11個數(shù)據(jù)類型（OS_CPU.H）；用#define聲明4個宏（OS_CPU.H）；用C語言編寫10個簡單的函數(shù)（OS_

4、CPU_C.C）；編寫4個匯編語言函數(shù)（OS_CPU_A.ASM）。事實上，移植工作很簡單，根據(jù)處理器的不同，一個移植實例可能需要編寫或改寫50至300行的代碼，需要的時間從幾個小時到一星期不等。移植完畢后還要進行測試。 10.1.1.4 INCLUDES.H文件說明 INCLUDES.H是一個主頭文件，它包括了所有的頭文件，這樣做的好處是使得在應用中無需考慮每個.C文件到底需要哪些頭文件。唯一的缺點是它可能會包含一些不相關的頭文件，因此可能增加每個文件的編譯時間。但這樣做的最大優(yōu)點是提高了代碼的可移植性。一般地，該文件應該包含在所有.C文件的第一行，即：# include includes.

5、h。 10.1.2 OS_CPU.H代碼的移植 OS_CPU.H頭文件中包含了與編譯器有關的數(shù)據(jù)類型和與處理器有關的代碼，其代碼如程序清單10.1所示。 10.1.3 OS_CPU_C.C代碼的移植 如表10.1所示，在OS_CPU_C.C文件中有10個函數(shù)要求用戶進行修改，但是其中唯一必要的是OSTaskStkInit()函數(shù)，其余9個都是用于擴展的用戶接口函數(shù)，C/OS-要求必須聲明，但未必包含任何代碼。 10.1.3.1 OSTaskStkInit()函數(shù) OSTaskStkInit()函數(shù)為OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()函數(shù)所調(diào)用，用于任務棧的初始化，

6、初始化后的任務?？雌饋硐駝倓偘l(fā)生過一次中斷并將所有的寄存器都保存進了堆棧的情形一樣。如圖10.2所示，它主要完成四項任務：（1）仿真帶參數(shù)pdata的函數(shù)調(diào)用；（2）接著保存任務代碼的首地址指針，當調(diào)用OSStart()函數(shù)啟動時，為第一次運行提供任務代碼的首地址指針，應用任務的代碼便從這里開始執(zhí)行；（3）初始化任務棧結構，保存CPU寄存器內(nèi)容，盡管這些寄存器內(nèi)容可能在第一次運行時沒有起什么作用，但仍然要設計成完整的結構，以便于計算代碼的指針；（4）返回棧頂指針給調(diào)用者，調(diào)用者又將這個指針傳遞給任務控制塊，并且放在任務控制塊數(shù)據(jù)結構的最前面，這樣就可以用匯編語言來方便地進行讀寫。 圖10.2

7、初始化任務棧結構 void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, void *ptos, INT16U opt) 10.1.3.2 其它函數(shù) 10.1.4 OS_CPU_A.ASM代碼的移植 C/OS-的移植要求用戶編寫如下四個簡單的匯編語言函數(shù)：OSStartHighRdy()，最高優(yōu)先級就緒任務啟動函數(shù)；OSCtxSw()，任務級任務切換函數(shù)；OSIntCtxSw()，中斷級任務切換函數(shù)；OSTickISR()，時鐘節(jié)拍中斷服務子程序。如果編譯器支持插入?yún)R編語言代碼，就可以將這部分代碼編寫在OS_CPU_C.C文件中，而沒

8、有必要使用單獨的匯編語言文件。 10.1.4.1 OSStartHighRdy()函數(shù) OSStartHighRdy()函數(shù)使準備就緒的最高優(yōu)先級任務開始第一次運行，在OSStart()函數(shù)中被調(diào)用。OSStartHighRdy()總是假設OSTCBHighRdy指向的是準備就緒的優(yōu)先級最高的任務的任務控制塊。在C/OS-中，處于就緒狀態(tài)的任務的堆棧中保存的是全部CPU寄存器內(nèi)容，其情形就好像中斷保存寄存器進堆棧的情形一樣。堆棧指針儲存在任務控制塊最前面。當需要運行準備就緒的最高優(yōu)先級任務時，只需要將保存在該任務堆棧中的所有處理器寄存器按順序彈出來，并且執(zhí)行中斷的返回就可以了。這就是OSSta

9、rtHighRdy()函數(shù)的任務之一。OSStartHighRdy()函數(shù)的另一個任務是在最高優(yōu)先級任務恢復運行前將OSRunning設置成“TRUE”，這可以在該函數(shù)內(nèi)實現(xiàn)，也可以在OSTaskSwHook()函數(shù)中實現(xiàn)，因為函數(shù)OSStartHighRdy()一開始就會調(diào)用OSTaskSwHook()。OSStartHighRdy()函數(shù)示意性代碼如程序清單10.3所示。 10.1.4.2 OSCtxSw()函數(shù) SCtxSw()是一個任務級的任務切換函數(shù)，它為OSSched()函數(shù)所調(diào)用，執(zhí)行軟中斷或者CPU陷阱指令，主要功能是保存當前任務的CPU寄存器和將即將運行的任務的CPU寄存器內(nèi)

10、容從相應的任務棧中彈出來。調(diào)用該函數(shù)前，C/OS-早已將指針OSTCBCur指向了當前任務的任務控制塊，OSSched()函數(shù)還需要將準備就緒的最高優(yōu)先級任務的地址裝載到OSTCBHighRdy中，然后通過調(diào)用OS_TASK_SW()來執(zhí)行軟中斷或陷阱指令。調(diào)用該函數(shù)時，中斷服務、陷阱或異常處理例程的入口向量地址必須指向OSCtxSw()。 10.1.4.2 OSCtxSw()函數(shù)OSCtxSw()示意性代碼如程序清單10.4所示，這部分代碼必須用匯編語言編寫，因為用戶不能直接用C語言訪問CPU寄存器。值得注意的是在執(zhí)行OSCtxSw()和用戶擴展函數(shù)OSTaskSwHook()的過程中，中斷

11、是禁止的。 10.1.4.3 OSIntCtxSw()函數(shù) OSIntCtxSw()是中斷級任務切換函數(shù)，它為OSIntExit()函數(shù)所調(diào)用，從ISR中執(zhí)行切換功能，它的絕大多數(shù)代碼與OSCtxSw()相同，可以共用許多代碼。在移植時，可以將程序跳轉(zhuǎn)到OSCtxSw()中以減少OSIntCtxSw()代碼量。與OSCtxSw()不同的是ISR已經(jīng)將CPU寄存器推進了堆棧，而不再需要OSCtxSw()中保存CPU寄存器的那一段代碼，這是因為OSIntCtxSw()是在ISR中被調(diào)用的，所以可以確信所有的CPU寄存器都被正確地保存到了被中斷的任務的堆棧之中。OSIntCtxSw()示意性代碼如程

12、序清單10.5所示，這部分代碼必須用匯編語言編寫，因為用戶不能直接用C語言訪問CPU寄存器。 10.1.4.4 OSTickISR()函數(shù) OSTickISR()是一個時鐘節(jié)拍函數(shù)，它為了系統(tǒng)提供一個時鐘資源來實現(xiàn)時間的延時和期滿功能。一般地，時鐘節(jié)拍的頻率應該在10100Hz之間，即每秒鐘產(chǎn)生10100個時鐘中斷。時鐘節(jié)拍正確的使用方法是在OSStart()運行后，在運行的第一個任務中初始化時鐘節(jié)拍并允許中斷。通常容易犯的錯誤是在調(diào)用OSInit()和OSStart()之間初始化并允許時鐘節(jié)拍中斷，這樣做的可能后果是如果在第一個任務開始運行前時鐘節(jié)拍中斷就發(fā)生了，此時C/OS-的運行狀態(tài)還不

13、確定，所以可能導致應用程序崩潰。OSTickISR()示意性代碼如程序清單10.6所示，這部分代碼必須用匯編語言編寫，因為不能直接用C語言訪問CPU寄存器。為了縮短運行時間，可以直接操作OSIntNesting，使其加1，而不必調(diào)用OSIntEnter()。 10.1.5 移植代碼的測試 在代碼修改移植結束后，緊接著要進行的工作就是測試，測試的目的就是驗證所移植的代碼是否能正常地工作，這也可能是移植過程中最復雜的工作，但必不可少。測試的主要方法是：首先，在沒有應用程序的情況下進行，讓內(nèi)核自己測試自己，以確保自身運行狀況沒有錯誤，簡單的測試代碼如程序清單10.7所示。這樣做有兩個好處：第一，避免使本來就復雜的事情變得更加復雜；第二，如果