嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐

嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS原理與實踐教材：嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS原理與實踐電子工業(yè)出版社作者:盧有亮luyl@電子科技大學能源科學與工程學院嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第1頁!第7章移植7.1移植說明 7.2在VC6上實現基于Windows的虛擬μC/OS-II移植 7.3在基于NIOS軟核的FPGA嵌入式系統(tǒng)下的μC/OS-II移植 習題 嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第2頁!7.1移植說明

μC/OS-II作為嵌入式實時操作系統(tǒng)，最終要應用在嵌入式系統(tǒng)上，如單片機、ARM、FPGA、DSP等。本章中首先給出的就是說明如何移植到虛擬WINDOWS平臺。接下來就是在一個實際的嵌入式系統(tǒng)，基于軟核的FPGA系統(tǒng)下的移植。在掌握了這兩個平臺的移植后，移植到其他的平臺都是不難實現。7.1.1μC/OS-II的代碼結構嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第3頁!移植必看的重要代碼：1.操作系統(tǒng)配置文件os_config.h2.操作系統(tǒng)頭文件ucos_ii.h3.操作系統(tǒng)內核C文件4.與CPU相關代碼部分嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第4頁!包含匯編的C文件os_cpu.c1.OSTaskStkInit是由OSTaskCreate或OSTaskCreateExt在創(chuàng)建任務的時候，在對控制塊進行初始化之前，對任務堆棧進行初始化時調用。它實現的功能是將任務參數地址、任務函數入口地址、各CPU寄存器地址壓入任務堆棧。需要注意的是，雖然這時候任務還沒有運行過，不需要保存當前CPU寄存器的真實值到任務堆棧，但初始化的結果是將堆棧看起來好像剛剛發(fā)生了中斷一樣。請參考本書中2.4.1和2.4.2。2.OSStartHighRdy在多任務啟動函數OSStart中被調用。這時候沒有任務在運行，OSStartHighRdy開始啟動多任務。在OSStartHighRdy運行前，OSStart已將任務控制塊指針OSTCBCur指向優(yōu)先級最高的就緒任務的TCB，OSStartHighRdy首先將OSRunning的值設置為真，然后使用匯編語句將堆棧寄存器的值設置為該任務堆棧的地址，然后將各堆棧中內容退棧給各寄存器，接著是任務地址和任務參數，并轉到任務地址去執(zhí)行。3.OSCtxSw是非中斷處理情況下的任務切換函數。它在任務被阻塞、刪除、創(chuàng)建等多種情況下被調用。直接調用它的函數就是OS_Sched。

4.OSIntCtxSw是中斷處理情況下的任務切換函數。例如系統(tǒng)的每10毫秒進行時鐘中斷，那么都要使用它進行任務切換。因為在中斷產生后，所以PSW、CS、IP（80x86）已經被壓入了堆棧(在其他硬件環(huán)境下應是不同的寄存器)，而ISR服務程序首先需將其他的寄存器也壓入堆棧，所以不需要再去保存環(huán)境，所以中斷中任務切換和非中斷的情況下是不同的。5.用戶時鐘中斷服務程序OSTickISRuser。用戶時鐘中斷服務程序也就是時鐘節(jié)拍服務程序，是系統(tǒng)的心臟跳動。

嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第5頁!7.2在VC6上實現基于Windows的虛擬μC/OS-II移植

嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第6頁!嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第7頁!7.3在基于NIOS軟核的FPGA嵌入式系統(tǒng)下的μC/OS-II移植

大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA開發(fā)技術已經成為我們這個時代先進的和普遍應用的技術。在QUARTUS下可以編寫硬件描述語言Verilog或其他語言實現對FPGA的編程，這是所謂的純硬件設計。除此之外，在FPGA的內部可以采用SOPC技術編制CPU，即NIOS-II處理器，并在NOISIDE應用程序環(huán)境下編寫C和匯編軟件，實現類似于帶有處理器和存儲器的系統(tǒng)的編程，這就是軟核技術。在軟核下，一些需要提供快速處理的子功能同樣可以用硬件實現，而軟核的優(yōu)點在于便于實現比較復雜的功能。而軟核下最顯著的優(yōu)勢就在于移植嵌入式操作系統(tǒng)。

嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第8頁!7.3.1系統(tǒng)結構NIOS-IICPU的設計嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第9頁!7.3.2NIOSII寄存器嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第10頁!7.3.3os_cpu.h的移植代碼表7.15INCLUDES.H的移植代碼7.3.4os_cpu.c的移植代碼表7.16os_cpu.c的移植代碼7.3.5os_cpu.s的移植代碼表7.16os_cpu.s的移植代碼嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第11頁!這時候，NIOS已為μC/OS-II系統(tǒng)構建了環(huán)境，這體現了NIOS與μC/OS-II的良好接口，我們將μC/OS-II2.91版的操作系統(tǒng)C文件復制到“D:\altera\81\nios2eds\ponents\micrium_uc_osii\UCOSII\src”目錄，將頭文件復制到“D:\altera\81\nios2eds\ponents\micrium_uc_osii\UCOSII\inc”目錄。然后編寫主文件

表7.18包含測試任務的主程序代碼

運行結果如圖嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第12頁!7.1.2操作系統(tǒng)中與CPU相關的代碼解析

頭文件os_cpu.h表7.2os_cpu.h定義的數據類型表7.3os_cpu.h除類型定義外的其他代碼示例進入臨界區(qū)有三種方法：方法1：定義一個全局變量FlagEn，進入臨界區(qū)時中斷服務程序判定該值為0，就不進行中斷服務。離開臨界區(qū)時將FlagEn置1。這種方法只在虛擬平臺上使用時使用。其缺點是不能進行中斷嵌套。方法2：OS_ENTER_CRITICAL()時將CPU狀態(tài)寄存器（如PSW）入棧，關中斷，定時器中斷被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()時退棧即可恢復CPU狀態(tài)寄存器的值，這樣中斷也恢復到了原來的狀態(tài)。方法3：OS_ENTER_CRITICAL()時將CPU狀態(tài)寄存器（如PSW）的值保存到局部變量，關中斷，定時器中斷被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()時從局部變量恢復CPU狀態(tài)寄存器的值，這樣中斷也恢復到了原來的狀態(tài)。這需要編譯器支持處理狀態(tài)寄存器的值的函數。嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第13頁!7.1.3μC/OS-II移植步驟1.選擇合適的開發(fā)軟件，為μC/OS-II操作系統(tǒng)建立一目錄，將操作系統(tǒng)內核代碼拷貝到一個目錄，最好是該目錄下一個子目錄。2.在該目錄下創(chuàng)建工程。加入μC/OS-II內核文件到這個工程。3.建立主程序，如main.c。在主文件中編寫TaskStart代碼，該代碼能設置定時器中斷。在主文件中聲明用戶堆棧數組，創(chuàng)建用戶堆棧。主程序中的入口函數應先執(zhí)行操作系統(tǒng)初始化函數os_init,然后使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt創(chuàng)建TaskStart。之后如果有用戶任務應使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt創(chuàng)建所有用戶任務。然后調用OSStart()啟動多任務。注意TaskStart的優(yōu)先級必須是最高的。4.根據7.1.2中對os_cpu.h的說明，根據用戶硬件環(huán)境修改os_cpu.h。5.根據7.1.2中對os_cpu.c的說明，根據用戶硬件環(huán)境修改os_cpu.c。6.編譯，下載到硬件運行，查看結果和進行修改，直到成功。嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第14頁!嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第15頁!代碼修改表7.6移植代碼os_cpu.h解析os_cpu.c中修改的代碼

1.堆棧初始化OSTaskStkInit代碼實現表7.7堆棧初始化函數OSTaskStkInit在虛擬平臺下的移植2.啟動高優(yōu)先級任務OSStartHighRdy代碼實現表7.8啟動高優(yōu)先級任務函數OSStartHighRdy在虛擬平臺下的移植3.任務切換OSCtxSw代碼實現表7.9OS_TASK_SW在虛擬平臺下的移植4.中斷中的任務切換OSIntCtxSw代碼實現表7.10OSIntCtxSw在虛擬平臺下的移植5.時鐘中斷服務OSTickISRuser代碼實現表7.11OSTickISRuser在虛擬平臺下的移植6.主程序代碼實現

表7.12虛擬平臺下的移植中主程序的實現表7.12虛擬平臺下的移植中主程序的實現嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第16頁!7.3.1系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構包含系統(tǒng)整體硬件的結構和系統(tǒng)CPU的結構。實際上硬件包含了FPGA及其他的接口和功能器件，集中在電路板上，這一部分將給出原理框圖；另外，使用SOPC技術在FPGA內部設計NIOS-II處理器。嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第17頁!7.3.1系統(tǒng)結構QuartusII8.1下的整體結構設計嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第18頁!7.3.2NIOSII寄存器嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS原理與實踐共21頁，您現在瀏覽的是第19頁!7.3.6工程的創(chuàng)建和移植測試

在NIOS下，最方便的方法是直接創(chuàng)建一個μC/OS-II的工程。如下圖，選擇我們編譯好的硬件系統(tǒng)文件niostestreal.ptf，并在Name域給工程命名，然后按“Finish”即可。嵌入式實時操