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μC/OS-II操作系統是一種搶占式多任務、單內存空間、微小內核的嵌入式操作系統，具有高效緊湊的特點。它執行效率高，占用空間小，可移植性強，實時性能良好且可擴展性強。采用μC/OS-II實時操作系統，可以有效地對任務進行調度;對各任務賦予不同的優先級可以保證任務及時響應;采用實時操作系統，降低了程序的復雜度，方便程序的開發和維護。 μC/OS-11非常適合應用在一些小型的嵌入式產品應用場合，在家用電器、機器人、工業控制、航空航天、軍事科技等領域有著廣泛的應用。 單片機、ARM、FPGA與μC/OS-II操作系統相結合，實現一些具體功能，是目前嵌入式應用中比較常見的。在這些應用中，基礎性的工作就是操作系統的移植。本文選取使用較多的51單片機、LPC2210、NiosII三種處理器進行介紹。 1 μC/OS-II操作系統移植條件 μC/OS-II操作系統的大部分源代碼都是用C語言書寫的，但仍需使用匯編語言來完成一些和處理器相關的操作，例如讀寫處理器、寄存器時只能使用匯編語言來實現。因此，將μC/OS-II操作系統移植到目標處理器上，需要從硬件和軟件兩方面來考慮。 硬件方面，目標處理器需滿足以下條件： ①處理器的C編譯器能產生可重入代碼; ②用C語言可以開/關中斷; ③處理器支持中斷，并且能夠產生定時中斷(通常在10～1 000 Hz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他寄存器讀出和存儲到堆棧或內存中的指令。 軟件方面，主要關注的是一些與處理器相關的代碼移植，其分布在OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM這3個不同的文件中。 2 目標處理器硬件支持 51單片機、LPC2210、NiosII三種處理器在硬件方面均能滿足μC/OS-II操作系統的移植要求。 51單片機：選擇Keil公司的集成開發環境作為開發工具，因為該集成開發環境的C51編譯器能產生可重入型代碼，且用C語言就可以開/關中斷。同時具有一定數量的堆棧和操作相關寄存器的指令。 LPC2210：采用ARM7微控制器可以滿足上述②、④、⑤，而ADS1.2的C編譯器可以滿足①、③的要求。 NiosII處理器：Nios處理器可以配置成最多支持64個中斷，包括外部硬件中斷、內部中斷以及TRAP(調試中斷)。Nios II處理器可以配置使用32位內部定時器，通過用軟件控制寫入幾個控制寄存器的內容來獲得定時工作，與一般的定時器工作原理相同，可以產生定時中斷。 Nios處理器可以外接存儲器。以使用的DE2開發板為例，外接512 KB SRAM資源，可提供足夠的數據硬件堆棧。NioslI 8.0 IDE采用GNU編譯器，支持C/C++的編譯、鏈接產生重入代碼，允許在C語言中嵌入匯編語言。 3 軟件移植過程 3.1 OS_CPU.H的實現 OS_CPU.H文件包括了用#define語言定義的與處理器相關的常數、宏以及數據類型。 在上述三種處理器采用的不同編譯器中，數據類型的定義是相同的，在此不做具體介紹。 在OS_CPU.H中定義與處理器相關的宏，主要是進入臨界區的OS_ENTER_CRITICAL()和退出臨界區的OS_EXIT_CRITICAL()。 在Keil編譯器中，EA是總中斷。 #define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0;//關中斷 #define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1;//開中斷 在ADS編譯器中定義為軟件中斷函數，并編寫軟件中斷處理代碼實現開/關中斷。 _swi(0x00)viod OS_TASK_SW(viod);//任務級任務切換函數 _swi(0x00)viod OS_ENTER_CRITICAL(viod);//關中斷 _swi(0x00)viod OS_EXIT_CRITICAL(viod); //開中斷 在NiosII 8.0 IDE編譯器中： #define OS_ENTER_CRITICAL() asm(“PFX 8\n WRCTL%g0;”) //關中斷 #define OS_EXIT_CRITICAL() asm(“PFX 9\n WRC TL%g 0;”) //開中斷 堆棧的增長方向通過設置OS_STK_GROWTH為0或者1來確定。51單片機中只能設置為0，表示堆棧是從下往上增長的。LPC2210中則可以設置成0或者1。NiosII中則只能設置成1，表示堆棧是從上往下增長的。 3.2 OS_CPU_C.C的實現 OS_CPU_C.C中，主要應改寫堆棧初始化函數OS-TaskStkIint()。必須根據移植時統一定義的任務堆棧結構進行初始化，其他9個鉤子函數只需說明即可。也可根據移植時用戶自己的需要，編寫相應的操作代碼。 以LPC2210為例，堆棧空間從高到低依次存放著PC，LR，R12，R11，…，R1，R0，CPSR，OsEnterSum。每個任務都有獨立的 OsEnterSum，在任務切換時保存和恢復各自的OsEnterSum值。各個任務開/關中斷的狀態可以不同，這樣實現了開/關中斷的嵌套。 關于51單片機和NiosII處理器的這部分移植，請參看參考文獻。 3.3 OS-CPU-A.S的實現 這部分需要對處理器的寄存器進行操作，所以必須用匯編語言編寫。μC/OS-II移植要求用戶編寫4個簡單的匯編語言函數：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OS-IntCtxSw()、OSTickISR()。 OSStartHighRdy()的任務是進行任務調度和切換;OSCtxSw()的任務是強制CPU進行寄存器和程序計數器的切換;OSIntCtxSw()的任務是在中斷返回時進行任務切換;OSTickISR()是時鐘節拍中斷服務程序，用來實現時間的延遲和超時功能。 以OSStartHighRdy()任務調度和切換函數為例，介紹3種處理器移植代碼。 (1)51單片機 OSStartHighRdy： 結 語 51單片機、LPC2210，NiosII三種處理器在目前的嵌入式應用方面有著廣闊的市場前景。將μC/OSs-II操作系統移植到這三種以及其他處理器上，能夠更好地保證系統運行時的穩定性和實時性，而且該操作系統代碼少，易于掌握和移植。 本文所介紹的μC/OS-II操作系統在3種處理器上的移植是筆者在實際學習過程中，進行的梳理和小結，對初學者有一定的參考價值。 |
