μC/OS-II操作系統(tǒng)在各種處理器上的移植

　μC／OS-II操作系統(tǒng)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(tǒng)，具有高效緊湊的特點。它執(zhí)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(tǒng)，可以有效地對任務進行調度；對各任務賦予不同的優(yōu)先級可以保證任務及時響應；采用實時操作系統(tǒng)，降低了程序的復雜度，方便程序的開發(fā)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(yè)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(tǒng)相結合，實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)移植條件

　　μC／OS-II操作系統(tǒng)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(xiàn)。因此，將μC／OS-II操作系統(tǒng)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：

　?、偬幚砥鞯腃編譯器能產生可重入代碼；

　?、谟肅語言可以開／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)；

　?、芴幚砥髂軌蛑С秩菁{一定量數(shù)據的硬件堆棧；

　?、萏幚砥饔袑⒍褩Ｖ羔樅推渌拇嫫髯x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(tǒng)的移植要求。

　　51單片機：選擇Keil公司的集成開發(fā)環(huán)境作為開發(fā)工具，因為該集成開發(fā)環(huán)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(shù)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(fā)板為例，外接512 KB SRAM資源，可提供足夠的數(shù)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(xiàn)

　　OS_CPU．H文件包括了用#define語言定義的與處理器相關的常數(shù)、宏以及數(shù)據類型。

　　在上述三種處理器采用的不同編譯器中，數(shù)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(qū)的OS_ENTER_CRITICAL()和退出臨界區(qū)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(shù)，并編寫軟件中斷處理代碼實現(xiàn)開／關中斷。

　　_swi(0x00)viod OS_TASK_SW(viod)；／／任務級任務切換函數(shù)

　　_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(xiàn)

　　OS_CPU_C．C中，主要應改寫堆棧初始化函數(shù)OS-TaskStkIint()。必須根據移植時統(tǒng)一定義的任務堆棧結構進行初始化，其他9個鉤子函數(shù)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?？臻g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(tài)可以不同，這樣實現(xiàn)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(xiàn)

　　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(shù)：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(shù)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(jié)拍中斷服務程序，用來實現(xiàn)時間的延遲和超時功能。

　　以OSStartHighRdy()任務調度和切換函數(shù)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(tǒng)移植到這三種以及其他處理器上，能夠更好地保證系統(tǒng)運行時的穩(wěn)定性和實時性，而且該操作系統(tǒng)代碼少，易于掌握和移植。

　　本文所介紹的μC／OS-II操作系統(tǒng)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。