1、引言

近年來，隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子產(chǎn)品層出不窮，對于那些具有眾多功能，但按鍵數(shù)目無法滿足要求的設(shè)備來說，選擇一個(gè)好的操作系統(tǒng)和設(shè)計(jì)一套合理的消息處理機(jī)制，已經(jīng)成為研發(fā)人員研究的一個(gè)課題。本文以此為背景，研究了UCOS-II操作系統(tǒng)在數(shù)碼相框中的應(yīng)用，詳細(xì)描述了UCOS-II操作系統(tǒng)在ZEVIO1020雙核處理器上的移植，并且根據(jù)數(shù)碼相框多任務(wù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套完整的消息處理機(jī)制。實(shí)踐證明，采取本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以靈活的完成任務(wù)間的調(diào)度和切換。
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2、系統(tǒng)概述

數(shù)碼相框的主要特色是圖片顯示清晰，圖片顯示效果多種多樣，同時(shí)還具有視頻播放、音頻播放、JPEG圖片解碼等附加功能。在本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中主要分為六個(gè)模塊:總控模塊、GUI界面模塊、圖片顯示模塊、視頻模塊、音頻模塊、JPEG解碼模塊。總控模塊實(shí)現(xiàn)對其它模塊的管理與控制。圖片顯示模塊通過ZEVIO1020雙核處理器的3D圖像內(nèi)核處理，實(shí)現(xiàn)多種三維的動(dòng)態(tài)顯示效果，通過對定時(shí)器設(shè)置的改變，實(shí)現(xiàn)圖片播放速率的調(diào)整。視頻模塊和JPEG解碼模塊因?yàn)閷λ俣鹊囊筝^高，使用高速數(shù)據(jù)傳輸通道DMA來實(shí)現(xiàn)ARM和DSP之間的雙核解碼。音頻模塊可以解碼MP3，WMA等多種音頻格式。UCOS-II操作系統(tǒng)的任務(wù)就是在不同狀態(tài)下，根據(jù)不同的鍵盤輸入消息實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊間的靈活調(diào)度。
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3、基于ZEVIO1020的系統(tǒng)硬件平臺(tái)

ZEVIO1020多媒體應(yīng)用處理器是美國LSILogic公司發(fā)布的第一款基于ZEVIO架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)芯片。具備低功耗、更高級(jí)圖像和數(shù)字音/視頻處理功能。ZEVIO1020處理器高度集成，包括通用處理的ARM9內(nèi)核，多媒體處理的ZSP400內(nèi)核，此外還包括了一個(gè)3D圖像內(nèi)核和一個(gè)2D/3DMIDI聲音核，它也集成了一個(gè)視頻DAC(數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器)用于直接輸出到電視和一個(gè)SDIO(安全數(shù)字輸入/輸出)卡槽用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者額外的周邊擴(kuò)展。

ZEVIO1020處理器的開發(fā)平臺(tái)如圖1所示，它的通用處理內(nèi)核ARM926EJ-S的工作主頻為150MHz，作為系統(tǒng)主處理器，可以完成控制和數(shù)據(jù)處理工作;ZSP400DSP處理器為視頻解碼和JPEG解碼工作提供了高效運(yùn)行平臺(tái)，工作主頻為150MHz。除此之外，ZSP400具有雙MAC、雙算法邏輯單元(ALU)DSP核，每周期4指令，正交的載入/存儲(chǔ)指令集的特點(diǎn)。同時(shí)在ZEVIO1020的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，DMA提供了高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，能夠完成ARM處理器和DSP處理器雙核之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 ZEVIO1020平臺(tái)體系架構(gòu)
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4、UCOS-II在ZEVIO1020上的移植

UCOS-II操作系統(tǒng)是完全可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，可以同時(shí)管理64個(gè)任務(wù)，函數(shù)的調(diào)用和服務(wù)時(shí)間具有確定性。其內(nèi)核提供的任務(wù)調(diào)度與管理，時(shí)間管理，任務(wù)間同步與通信，內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。最小內(nèi)核編譯可以達(dá)到2KB。UCOS-II的移植主要是編寫和處理器有關(guān)的代碼，以及根據(jù)處理器設(shè)置中斷向量表，提供給操作系統(tǒng)一個(gè)時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘。

OS_CPU_A.ASM是需要用戶根據(jù)不同處理器的體系結(jié)構(gòu)編寫的匯編文件。該文件包括了四個(gè)函數(shù):
OSStartHighRdy()、OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()。

OSStartHighRdy()的作用是運(yùn)行就緒態(tài)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。OSCtxSw()是實(shí)現(xiàn)CPU在正常運(yùn)行時(shí)任務(wù)間的切換，即對當(dāng)前任務(wù)堆棧的保存和對高優(yōu)先級(jí)任務(wù)堆棧的彈出，使最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)獲取CPU的控制權(quán)。OSIntCtxSw()是在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行切換功能的函數(shù)。

OSTickISR()是系統(tǒng)時(shí)鐘的中斷服務(wù)程序。該程序執(zhí)行的頻率為100HZ，主要功能是檢查是否有由于延時(shí)而被掛起的任務(wù)成為就緒任務(wù)，如果有就調(diào)用OSIntCtxSw()進(jìn)行任務(wù)切換，從而運(yùn)行高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。OS_CPU.C中主要編寫任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()。

中斷向量表是系統(tǒng)產(chǎn)生中斷處理的索引表，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同的中斷類型引導(dǎo)它們進(jìn)入不同的中斷處理函數(shù)。ZEVIO1020雙核處理器提供了多種不同類型的中斷處理，主要分為兩類:IRQ中斷和FIQ中斷。FIQ中斷是快速中斷處理函數(shù)，執(zhí)行速度快，優(yōu)先級(jí)高，一般用于重要和對實(shí)時(shí)性要求較高的中斷處理。IRQ中斷是普通的中斷處理函數(shù)，一般的中斷處理都?xì)w屬于這種類型的中斷。在各種中斷同時(shí)觸發(fā)的情況下，中斷程序會(huì)根據(jù)各種中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)定來進(jìn)行比較，執(zhí)行優(yōu)先級(jí)最高的中斷處理程序。對于UCOS-II的操作系統(tǒng)來說，需要一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘作為操作系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍，供操作系統(tǒng)調(diào)用時(shí)間函數(shù)使用。ZEVIO1020有4個(gè)Timer可供選擇，在這里選用Timer1作為系統(tǒng)時(shí)鐘，設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為100HZ且為FIQ中斷。中斷處理程序的實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。