詳細的S3C2440的ucOSII和ucGUI移植過程

1、基于S3C2440的uc/OS-II和uc-GUI移植和應用實驗目的：1. 熟悉ARM體系結構2. 深入學習操作系統(tǒng)原理3. 增強動手實踐能力實驗平臺：ARM9體系結構處理器一S3C2440飛凌嵌入式開發(fā)板 一FL2440 (由于本實驗大部分在宿舍完成，故采用了自己的嵌入式 開發(fā)板作為平臺，硬件與實驗箱基本相似)功能實現(xiàn)主要功能是利用uc/OS-II的多任務調度功能和 uc-GUI提供的圖形函數(shù)接口，編寫一 個Uart傳輸測試程序。通過Uart協(xié)議，傳輸PC機鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，在開發(fā)板的 LCD上顯示出來。同時實現(xiàn) 了字符串移動和現(xiàn)實系統(tǒng)信息的附加功能。應用程序部分全部由自己編寫注：本實驗中，移

2、植代碼部分參考了網(wǎng)絡上的一些相關文章, 完成。實驗原理：1. 背景介紹(1) ARM9 (S3C2440)ARM9系列處理器是英國 ARM公司設計的主流嵌入式處理器。 S3C2440是三星公司 生產(chǎn)的基于ARM9體系結構的處理器， 能夠運行l(wèi)inux、wince等大型操作系統(tǒng)， 構成非 常典型的cpu+os嵌入式系統(tǒng)。1(2) uc/OS-IIuc/OS是一種免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統(tǒng)。uc/OS-II是一個實時操作系統(tǒng)內核，它包含了任務調度，任務管理，時間管理，內存管 理和任務間的通信和同步等基本功能。是一個基于優(yōu)先級調度的搶占式的實時內核，并在這個內核之上提

3、供最基本的系統(tǒng)服務，如信號量，郵箱，消息隊列，內存管理，中斷管理等。(3) uc-GUIuC/GUI是Micrium 公司開發(fā)的通用的嵌入式用戶圖形界面軟件。它給任何使用圖形 LCD的應用程序提供獨立于處理器和LCD控制器之外的有效的圖形用戶接口?？梢詰糜趩我蝗蝿窄h(huán)境，也可以應用于多任務環(huán)境中。uC/GUI能夠應用于任何 LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理顯示或者模擬顯示中。2. 移植原理(1) uc/OS-II 移植為了方便移植，大部分的uC/OS II代碼是用c語言寫的，但仍需要用c和匯編語言寫一 些與處理器相關的代碼，這是因為uC/OS II在讀寫處理器寄存器時只能通過匯編語言來實現(xiàn)

4、。由于uC/OS II在設計時就已經(jīng)充分考慮了可移植性，所以 uC/OS II的移植相對來說是 比較容易的。移植主要涉及的文件。(具體移植代碼見后文附錄)(a)設置與處理器及編譯器相關的代碼OS_CPU.H這部分代碼主要實現(xiàn)一些數(shù)據(jù)類型的定義。不同的編譯器會使用不同的字節(jié)長度來表示同一數(shù)據(jù)類型，所以要定義一系列數(shù)據(jù)類型以確保移植的正確性。下面是uC/OS II定義的一部分數(shù)據(jù)類型。typedef unsigned char BOOLEAN ; /*布爾型數(shù)據(jù)類型 */typedef unsigned char INT8U ; /* 無符號 8 位*/typedef signed char IN

5、T16S ; /* 帶符號 8 位 */typedef unsigned int INT16U ; /*無符號 16 位*/uC/OS II需要先關中斷再訪問臨界區(qū)的代碼， 并且在訪問完后重新允許中斷。 uC/OS II 定義了 兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENTER_CRITICAL() 和 OS_EXIT_CRITICAL(),本移植實現(xiàn)這兩個宏的匯編代碼。#define OS_ENTER_CRITICAL() _asmbl ARMDisableInt/ARMDisableInt() #define OS_EXIT_CRITICAL() _asmbl ARMEnableInt/ARMEn

6、ableInt() 其中ARMDisableInt和ARMEnableInt兩個函數(shù)在 2440slib.s里面實現(xiàn)(b) 用C語言實現(xiàn)與處理器任務相關的函數(shù)OS_CPU_C.C這部分代碼最主要的功能是實現(xiàn)一個系統(tǒng)的堆棧初始化函數(shù)OS_STK * OSTaskStkInit ( void (*task)(void *pd),void *pdata,OS_STK *ptos, INT16U opt)其他的一些操作系統(tǒng)的鉤子函數(shù)也在這里定義，如：void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb);等等，用來實現(xiàn)操作系統(tǒng)的擴展功能。由于本實驗沒有使用到這些鉤子函數(shù)，故在這里只定

7、義成空函數(shù)即可。(c) 處理器相關部分匯編實現(xiàn)這部分代碼是移植的核心內容，主要實現(xiàn)操作系統(tǒng)的任務調度等核心功能。a) OSStartHighRdy()該函數(shù)在OSStart()多任務啟動之后，負責從最高優(yōu)先級任務的TCB控制塊中獲得該任務 的堆棧指針sp,通過sp依次將CPU現(xiàn)場恢復，此時系統(tǒng)就將控制權 交給用戶創(chuàng)建的該任務的進程，直到該任務被阻塞或者被其他更高優(yōu)先級的任務搶 占了 CPU。該函數(shù)僅僅在多任務啟動時被執(zhí)行一次，用來啟動第一個，也就是最 高優(yōu)先級的任務執(zhí)行。b) OSCtxSw()該函數(shù)是任務級的上下文切換函數(shù)，在任務因為被阻塞而主動請求與CPU調度時執(zhí)行，主要工作是先將當前任務

8、的CPU現(xiàn)場保存到該任務堆棧中，然后獲得CPU現(xiàn)場，使之繼續(xù)執(zhí)行,最高優(yōu)先級任務的堆棧指針，從該堆棧中恢復此任務的 從而完成一次任務切換。c) OSIntExit()該函數(shù)是中斷級的任務切換函數(shù)，在時鐘中斷ISR中發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級任務在等待時，需要在中斷退出后不返回被中斷的任務，而是直接調度就緒的高優(yōu)先級任務執(zhí)行。其目的在于能夠盡快讓高優(yōu)先級的任務得到響應，保證系統(tǒng)的實時性能。d) OSTickISR()該函數(shù)是時鐘中斷處理函數(shù)，主要任務是負責處理時鐘中斷，調用系統(tǒng)實現(xiàn)的 OSTimeTick函數(shù)，如果有等待時鐘信號的高優(yōu)先級任務，則需要在中斷級別上調 度其執(zhí)行。另外兩個相關函數(shù)是 OSIntE

9、nter()和OSIntExit(),都需要 在ISR中執(zhí)行。2(2) uc-GUI 移植移植uC/GUI主要集中在修改三個頭文件和兩個C文件。三個頭文件都在Config下，分 別 是 GUICon.h ,GUITouchConf.h,LCDConf.h ; 兩個 C 文件 一個是GUI_X.C(SampleGUI_X.C),.另外一個在 GUILCDDriver 目錄下(LCDWin.c )(a) 修改頭文件LCConf.h主要修改的地方：#define LCD_XSIZE(320)#define LCD_YSIZE(240)#define LCD_BITSPERPIXEL (16)/16B

10、pp#define LCD_CONTROLLER 1375LCD_XSIZE ,LCD_YSIZE 是對應LCD的尺寸大小LCD_BISPERPIXEL 指定每象素的位的數(shù)量LCD_CONTROLLER 是 LCD 控制器(b) 修改頭文件GUI_Conf.h#ifndef GUICONF_H#define GUICONFH#define GUI_OS(1) /*#define GUI_SUPPORT_TOUCH#define GUI_SUPPORT_UNICODE#define GUIDEFAULTFONT*/是否支持OS*/(0) /*是否支持觸摸屏(1)/*是否支持 ASCII/UNIC

11、ODE*/&GUI Font6x8 /*選擇一個默認的字體 */#define GUI_ALLOC_SIZE1024*1024 /*動態(tài)內存的大小 */#define GUI_WINSUPPORT#define GUI_SUPPORT_MEMDEV#define GUI_SUPPORT_AA(1)/*是否支持 WM (視窗管理器)(1)/*是否支持存儲設備*/(0)/*是否支持反鋸齒*/*/#endif在LCD的最基本操作就是在某一個坐標上畫點，其他的操作都是畫點操作延伸出來的。uC/GUI的所有對LCD的操作也是基于這個動作。在FL2440_LCD_for_GUI.c文件中實現(xiàn)開發(fā)板

12、 LCD的基本操作函數(shù)，與uc-GUI中定義 的函數(shù)對接。如：void FL2440_LCD_SetPixel(U32 x,U32 y,U16 c)(PutPixel(x,y,c);/* 基本的 LCD 畫點函數(shù) */U16 FL2440_LCD_GetPixel(U32 x,U32 y)(return (GUI_Point(x,y);/* 基本的 LCD 讀點函數(shù) */ void FL2440_LCD_Off(void)(Lcd_EnvidOnOff(0); /*LCD 開關 */void FL2440_LCD_On(void)( Lcd_EnvidOnOff(1); /*LCD 開關 */

13、3實驗過程：前面介紹了基本的移植原理，要想讓開發(fā)板能夠正常工作，還需要一些額外的工作。1. 啟動代碼采用三星公司針對 2440的啟動代碼，基本無需修改。2. 應用程序前面介紹的uc/OS-II只是一個操作系統(tǒng)的最基本內核，要實現(xiàn)具體功能，要求開發(fā)人員自己編寫相關的應用程序。本實驗中，應用程序在主函數(shù)文件finalmain.c中實現(xiàn)。主要功能是利用uc/OS-II的多任務調度功能和uc-GUI提供的圖形函數(shù)接口，編寫一個Uart傳輸測試程序。通過Uart協(xié)議，傳輸PC機鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，在開發(fā)板的 LCD上顯示出來。同時實現(xiàn) 了字符串移動和現(xiàn)實系統(tǒng)信息的附加功能。主函數(shù)如下:void Main()

14、(系統(tǒng)時鐘，LCD , Uart, GUI以及uc/OS-II的初始化cpu_init();FL_Lcd_Init();Uart_Init(0,115200);Uart_Printf("begin!n");GUI_Init();GUITASK_Init();OSInit();OSTimeSet(0);/創(chuàng)建起始任務OSTaskCreate(TaskStart, 0, &TaskStartSTKTaskStkLeath-1, NormalTaskPrio+13);/創(chuàng)建信號量，用于在文本框輸入滿后清除文本框內容使用Cls=OSSemCreate(1);OSStart(

15、);void TaskStart (void *pdata) / 起始任務(/設置系統(tǒng)時鐘節(jié)拍Init_Timer4();/初始化統(tǒng)計任務OSStatInit();/創(chuàng)建任務/*Task_Text為創(chuàng)建文本框任務，在 LCD上畫出一個文本框，同時實現(xiàn)在文本框輸 入滿的時候清楚文本框內容*/OSTaskCreate(Task_Text,0, &Task_Text_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio);/*Task_SideText任務，在LCD側邊處現(xiàn)實操作系統(tǒng)名稱及版本，并向上移動 */OSTaskCreate(Task_SideText,0,&am

16、p;Task_SideText_StkTaskStkLeath-1,NormalTaskPrio+3);/*Task_Info任務，在文本框下方顯示系統(tǒng)信息，包括CPU使用率，系統(tǒng)任務切換頻率，系統(tǒng)開機時間*/OSTaskCreate(Task_Info, 0, &Task_Info_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+5);/*Task_Title任務在文本框上方滾動現(xiàn)實提示信息*/OSTaskCreate(Task_Title, 0, &Task_Title_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+6);/

17、*Task_Uart任務，從Uart串口讀取數(shù)據(jù)顯示在文本框中*/OSTaskCreate(Task_Uart, 0, &Task_Uart_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+8);/*在文本框中現(xiàn)實位圖，(可選)*/OSTaskCreate(Task_Bmp, 0, &Task_Bmp_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+7);OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);Uart_Printf("Exit TaskStart.n");實驗結果:經(jīng)過多次實驗和調試，最終實現(xiàn)了上述功

18、能，以下是實驗結果截圖: Input Chr*«ot«rvfuput testCh«ngzh« 902384 1 e - 0 6 - 04UG/OS_n u&AXII MrsiontZSlStatic infam»ion>CPU Urn* 心Tack Switch Tirw®l7»Svstwi TirwtMieSiOS«rt Tv*t.P】*» Input CharKt«r«!-II I ioni251PC k »wbQ«rd inputWei Ch&

19、#171;n«zh*n9 sce9023e41 seie-e6-e4Static inforH«Lon>CPU U*W«8X T«*k Sultch Tirtwx?* SwsUn Tirwi84105114Uart TZ,11 II icni2SlU « r t t s tPC k«wboard 1nV 1 Ch>n«zh«nv SC09e23e41 2810-06-048t«tiG InForasiontCPU Um9«iqx Txk Switch Tir»wt7/w S

20、u*t«n Tine>04iesi29ADS工程源文件組織結構+ Qjl c &re+ £jG 心+ |_j N emDev+匚|聊-&I£DDri“r勵 FL2440_I£D_for_GUI. cI 七曲 LCDWin. c十匚|W】d炭t+ 匚| St+ ClCrkvertMcna+ Cl CtColor+ ucosii-configE LCDConf H的 GUICONP.H021 GUTT nuchC cmE h- applicaliens圜 fi Hal exp_pai£i. C2 slamdunkl_tiny.

21、 c2 si am durJ_t i ny. c時 k 呀一Eint c+ Q e3c244O附錄:1.uc/OS-II移植代碼（匯編函數(shù)部分）;Call user-defined hook functionOSStartHighRdy BL OSTaskSwHookLDMFD sp!, r4MSRspsr_c, r4LDMFD sp!, r4MSRcpsr_c, r4LDMFD sp!, r0-r12,lr,pc; pop new task s spsr; pop new task s psr; pop new task s r0-r12,lr & pcLDRr4, =OSRunni

22、ng; Indicate that multitasking has startedMOVr5, #1STRBr5, r4; OSRunning = trueLDRr4, =OSTCBHighRdy; Get highest priority task TCB addressLDRr4, r4; get stack pointerLDRsp, r4; switch to the new stackOSCtxSwSTMFDsp!, lrSTMFDsp!, r0-r12,lr; push lr & register fileMRSr4, cpsr; copy CPSR to R4STMFD

23、sp!, r4; push current psrMRSr4, spsr; copy SPSR to R4STMFDsp!, r4; push current spsr;OSPrioCur = OSPrioHighRdyOSCtxSwLDRr4, =OSPrioCurLDRr5, =OSPrioHighRdyLDRBr6, r5LDRr4, =OSTCBCurLDRr5, r4STRsp, r5STRBr6, r4 ;Get current task TCB address;store sp in preempted tasks's TCBBL OSTaskSwHook;call Ta

24、sk Switch HookLDRr6, =OSTCBHighRdyLDRr6, r6;Get highest priority task TCB addressLDR sp, r6;get new task s stack pointerSTR r6, r4;set new current task TCB addressLDMFD sp!, r4MSRspsr_c, r4LDMFD sp!, r4MSRcpsr_c, r4LDMFD sp!, r0-r12,lr,pc; pop new task spsr; pop new task cpsr; pop new task r0-r12,lr

25、 & pcOSIntCtxSwLDR r0, =OSIntCtxSwFlag; OSIntCtxSwFlag = trueMOVSTRMOVr1, #1r1, r0pc, lr;This is only change flag,return to OSIntExit/OSTickISRSUB lr, lr, #4STMFDsp!, r0-r12, lr;push r0-r12 register file and lr( pc return address )MRSr4, spsrSTMFDsp!, r4;push current spsr_irq ( =cpsr_svc )movr0,

26、#0x4000movr1,#0x4a000000strr0,r1,#0movr0,#0x4000movr1,#0x4a000000strr0,r1,#0x10BL OSIntEnterBL OSTimeTickBL TmrSignalTmr;check if OSIntCtxFlag is marked as true;if OSIntCtxFlag = true, then jump to _IntCtxSw;get cpsr_svc from stack;prepare spsr to return svc mode;recover r0-r12 and pc from stack, cp

27、sr alsoBL OSIntExitLDRr0, =OSIntCtxSwFlagLDRr1, r0CMPr1, #1BEQ_IntCtxSwLDMFD sp!, r4MSRspsr_c, r4LDMFD sp!, r0-r12, pcA_IntCtxSwMOVSTRLDMFDMSRLDMFDr1, #0; clear OSIntCtxSwFlag = flaser1, r0sp!, r4; restore spsr_irqspsr_c, r4sp!, r0-r12, lr; recover the irq stack pointerLDR r5, =SA VED_LR_IRQLDR r6,

28、=SA VED_LR_SVCSTR Ir, r5; save lr_irq to SA VED_LR_IRQMOVMSRSTRLDRSTMFDLDRSTMFDMRSSTMFDMRSSTMFDlr, #0x00000093; change forcely cpsr to svc modecpsr_c, lrlr, r6; save lr_svc to SAVED_LR_SVClr, r5; get lr_irq value saved in SA VED_LR_IRQsp!, lrlr, r6sp!, r0-r12,lr; push lr & r0-r12 register filer4

29、, spsrsp!, r4; push current psrr4, spsrsp!, r4; push spsrB _OSCtxSw; jump to _OSCtxSwARMDisableIntMRSSTMFDORRMSRMOVr0, cpsrsp!, r0; push current PSRr0, r0, #0x80cpsr_c, r0; disable IRQ Int spc, lrARMEnableIntLDMFDMSRsp!, r0; pop current PSRcpsr_c, r0; restore original cpsrMOVpc, lr2. uc/OS-II移植代碼（C語言函數(shù)部分）OS_STK * OSTaskStkInit (vo