讓新人快速實現(xiàn)μc/os II在arm上的移植方法

作者 / 陳若冰，蘭州大學(xué)

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讓新人快速實現(xiàn)μc/os II在arm上的移植方法

作者 / 陳若冰，蘭州大學(xué)

為了應(yīng)用系統(tǒng)在一個專用計算機系統(tǒng)上對可靠性、功能、功耗的要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)運而生。為了充分發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)上移植操作系統(tǒng)顯得很必要了。所以我們將本文討論以下問題：1.一個新人如何快速實現(xiàn)μc/os II操作系統(tǒng)在arm處理器上的移植；2.新人常見的障礙及解決方法

新人；移植；ARM；μc/os II

前言

對一個新人來說，在嵌入式系統(tǒng)上移植操作系統(tǒng)最難的是無從下手。本文就是讓新人能快速上手，深入了解。5個步驟，2個常見問題，簡單明了，同時便于學(xué)習(xí)的深入。

1. 為什么要進行μc/os II在ARM上的移植？

1）嵌入式系統(tǒng)需要操作系統(tǒng)來滿足其越來越高的cpu位數(shù)對處理能力以及可靠性的要求，沒有操作系統(tǒng)，發(fā)揮不出裸機功能，即便其能跑動，添加應(yīng)用程序或用戶有什么需求都需要極其熟悉其硬件及編程才行，這就相當(dāng)于只有開發(fā)者能使用了，還很麻煩。2）ARM處理器功耗小，快速并且小型，它本身就具有適合跑操作系統(tǒng)的特性。3）μc/os II是一款實時操作系統(tǒng)，保證在一定時間完成特定功能，易實現(xiàn)多任務(wù)處理，它有很強的可移植性。

2.移植的5個步驟

（在IAR開發(fā)環(huán)境下，讓整個系統(tǒng)工作在管理模式下移植，主要是移植OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.S這兩個文件）

■2.1 移植OS_CPU_C.C，主要是初始化堆棧結(jié)構(gòu)：OSTaskStkInit函數(shù)

其目的是讓堆棧處于剛剛發(fā)生過中斷的狀態(tài)，因為任務(wù)不會一被創(chuàng)建就被執(zhí)行，為使后面的調(diào)度會一致，先要把改任務(wù)指針及返回地址都指向函數(shù)入口，被調(diào)度時從堆棧恢復(fù)剛開始的地方走。

■2.2 啟動μc/os II：通過在主程序中調(diào)用OSStart（）函數(shù)

（從這步開始，開始移植OS_CPU_A.S） 真正實現(xiàn)uC/OS-II啟動運行是通過OSStart（）函數(shù)來調(diào)用OSS-tartHighRdy（）函數(shù)的，是為了讓優(yōu)先級狀態(tài)最高的進入就緒狀態(tài)任務(wù)運行。OSStart函數(shù)原型：

■ 2.3任務(wù)級的任務(wù)切換函數(shù)：OSCtxSw（）

其功能是在當(dāng)觸發(fā)了更高的優(yōu)先級任務(wù)以后，要調(diào)用OSCtxSw進行任務(wù)切換，原理如下：

（1）將當(dāng)前處理的通用寄存器（RO-R12、R14），PC寄存器和當(dāng)前的CPSR寄存器值壓入當(dāng)前任務(wù)堆棧中；（2）按下列順序，將馬上要切換任務(wù)的SP值，SPSR，RO-R12，R14和PC寄存器的值恢復(fù)到各自當(dāng)前處理器的值中；（3）上述功能全恢復(fù)后就續(xù)表中最高任務(wù)優(yōu)先級的運行。

■2.4 中斷級的任務(wù)切換函數(shù)：OSIntCtxSW（）

它的功能是在中斷里面觸發(fā)了更高的優(yōu)先級而進行任務(wù)切換。由于是中斷，進入時是已經(jīng)保存了被中斷任務(wù)的cpu現(xiàn)場，就不用像上面那樣一個一個地恢復(fù)了，只需調(diào)整指針值。下面是詳細代碼，任務(wù)級的任務(wù)切換函數(shù)和下面代碼大部分也是一致的。

2.5 OSIntEnter（）、OSIntExit（）：用于對中斷中的任務(wù)切換，它們必須在中斷處理函數(shù)中成對使用（否則系統(tǒng)可能奔潰）。前者用于判斷中斷發(fā)生是否在uC/OS-II整個系統(tǒng)啟動后，否則所有的系統(tǒng)功能均不能提供給用戶使用。后者用于在用戶編寫的中斷服務(wù)代碼執(zhí)行完畢以后調(diào)用，以保證“處于就緒狀態(tài)下優(yōu)先級最高的任務(wù)始終能得到系統(tǒng)的所有資源”。

3. 注意的2個要點

■3.1 搞清TCB、ECB兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在上面的移植函數(shù)的使用和更改中，我們頻繁提到TCB、ECB這兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，離開了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)核什么也完成不了。任務(wù)控制塊TCB中包含了每個創(chuàng)建的任務(wù)的全部信息，μc/os II會給每個創(chuàng)建的任務(wù)分配一個TCB。 事件控制塊ECB的總數(shù)由用戶所需要的信號量、郵箱和消息隊列的總數(shù)決定。在調(diào)用OSInit（）時，執(zhí)行了OS_InitEvent-List（）函數(shù)，所有ECB被鏈接成一個單向鏈表—空閑ECB鏈表。每當(dāng)建立一個信號量、郵箱或者消息隊列時，就從該鏈表中取出一個空閑ECB，并對它進行初始化。

■3.2 對ARM體系的發(fā)生的異常的分析

異常就是由內(nèi)部或外部資源產(chǎn)生并且引起處理器去處理的事件。在執(zhí)行所有異常程序之前，處理器狀態(tài)寄存器必須被保存下來，以便當(dāng)異常處理程序完成時處理器狀態(tài)寄存器

能被恢復(fù)。由于異常模式對應(yīng)各自的異常類型，系統(tǒng)模式由于其不受限制地訪問系統(tǒng)內(nèi)部所有資源的特性最適合作為操作系統(tǒng)正常運行的模式，而用戶模式適用于用戶運行進程時用，它通過限制用戶對處理器模式的更改權(quán)限（比如中斷）以保護系統(tǒng)的運行正常。然而中斷任務(wù)的開始就是要將現(xiàn)場保護到堆棧中去，它大大占用了ARM的開銷。在不需要任務(wù)切換時，中斷開始執(zhí)行時產(chǎn)生的開銷明顯浪費處理器寶貴的時間。所以要在中斷開始執(zhí)行的階段將寄存器暫時保存在中斷模式的堆棧中，在調(diào)用函數(shù)時，μc/os II判斷是否要任務(wù)切換。注意，建議在移植的過程中把工作模式切換在管理模式，因為在用戶和系統(tǒng)模式下，使用LDM指令時，會導(dǎo)致對不可預(yù)知的錯誤。

4. 結(jié)論

上述步驟便于μc/os II在arm上的移植，且對于新人起到快速入門的作用，對于其深入了解和日后操作起到良好奠基與引導(dǎo)作用。

＊ ［1］Jean J.Labrosse. MicroC/OS-II The Real-Time Kernal［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2002

＊ ［2］開發(fā)人員. IAR Embedded Workbench IDE User Gui［M］.IAR開發(fā)公司，2001

＊ ［3］任哲.嵌入式實時操作系統(tǒng)μc/os II原理及應(yīng)用［M］北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2004

＊ ［4］杜春蕾.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程［M］.北京.清華大學(xué)出版社.2003