μCOS-II 在ARM 微处理器上的移植

μCOS-II 在ARM 微处理器上的移植

一、 实验目的

1． 了解UC/OS-II 内核的主要结构。

2． 掌握将UC/OS-II 内核移植到ARM7 处理器上的基本方法。

二、 实验内容

1． 将UC/OS-II 内核移植到ARM7 处理器上。 2． 按键盘上的任意键，在超级终端上显示对应的键值。

三、 预备知识

1． 掌握在ARM SDT 2.5 集成开发环境中编写和调试程序的基本过程。

2． 会使用Source Insight 3 编辑C 语言源程序。

3． 了解ARM7 处理器的结构。 4． 了解UC/OS-II 系统结构。

四、 实验设备及工具

硬件：ARM 嵌入式开发板、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 机Pentumn100 以

上。

软件：PC 机操作系统win98、ARM SDT 2.51 集成开发环境、仿真器驱动程序、Source

Insight 3.0 五、 实验原理

所谓移植，指的是一个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运行。虽然μCOS-II 的大部分源代码是用C 语言写成的，但是，仍需要用C 语言和汇编语言完成一些与处理器 相关的代码。比如：μCOS-II 在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现。因为μCOS-II 在设计的时候就已经充分考虑了可移植性，所以，μCOS-II 的移植还是比较容易的[1]。

要使μCOS-II 可以正常工作，处理器必须满足如下要求：

1． 处理器的C 编译器能产生可重入代码。

可重入的代码指的是一段代码（比如：一个函数）可以被多个任务同时调用，而不必担 心会破坏数据。也就是说，可重入型函数在任何时候都可以被中断执行，过一段时间以后又 可以继续运行，而不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调用，影响函数中的数据。

下面的两个例子可以比较可重入型函数和非可重入型函数：

程序1：可重入型函数 void swap(int *x, int *y)

{ int temp; temp=*x; *x=*y; *y=temp;

}

程序2：非可重入型函数

int temp;

void swap(int *x, int *y)

{ temp=*x; *x=*y; *y=temp;

}

程序1 中使用的是局部变量temp 作为变量，通常的C 编译器，把局部变量分配在栈中。 所以，多次调用同一个函数，可以保证每次的temp 互不受影响。而程序2 中temp 定义的是

全局变量，多次调用函数的时候，必然受到影响。

代码的可重入性是保证完成多任务的基础，除了在C 程序中使用局部变量以外，还要C 编译器的支持。笔者使用的是ARM SDT 的集成开发环境，可以生成可重入的代码。

2． 在程序中可以打开或关断中断。

在μCOS-II 中，可以通过OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏来控制 系统关闭或者打开中断。这需要处理器的支持。在ARM7TDMI 的处理器上，可以设置相应

的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断。

3． 处理器支持中断，并能产生定时中断（通常在10Hz~1000Hz 之间）。 μCOS-II 是通过处理器产生的定时器的中断来实现多任务之间的调度的。在

ARM7TDMI 的处理器上可以产生定时器中断。

4． 处理器支持能够容纳一定量数据（可能是几千字节）的硬件堆栈。 5． 处理器有将堆栈指针和其他CPU 寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

移植工作包括以下几个内容：

1． 用#define 设置一个常量的值（OS_CPU.H）。

2． 声明10 个数据类型（OS_CPU.H）。 3． 用#define 声明三个宏（OS_CPU.H）。 4． 用C 语言编写六个简单的函数（OS_CPU_C.C）。 5． 编写四个汇编语言函数（OS_CPU_A.ASM）。

μCOS-II 进行任务调度的时候，会把当前任务的CPU 寄存器存放到此任务的堆栈中， 然后，再从另一个任务的堆栈中恢复原来的工作寄存器，继续运行另一个任务。所以，寄存

器的入栈和出栈是μCOS-II 多任务调度的基础。

在移植过程中，INCLUDES.H 使得用户项目中的每个.C 文件不用分别去考虑它实际上 上需要那些头文件。使用INCLUDES.H 的唯一缺点是，它可能会包括一些实际不相关的头 文件。这意味着每个文件的编译时间可能会增加。但由于它增强了代码的可移植性，所以我 们还是决定使用这一方法。用户可以通过编辑INCLUDES.H 来增加自己的头文件，但用户

的头文件必须添加在头文件列表的最后。

uC/OS 硬件和软件体系结构

六、 实验步骤

1． 设置OS_CPU.H 中与处理器和编译器相关的代码

/********************************************************************

*

* 与编译器相关的数据类型

*********************************************************************

/

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U; //8 位无符号整数 typedef signed char INT8S; //8 位有符号整数 typedef unsigned int INT16U; //16 位无符号整数 typedef signed int INT16S; //16 位有符号整数 typedef unsigned long INT32U; //32 位无符号整数 typedef signed long INT32S; //32 位有符号整数

typedef float FP32; //单精度浮点数 typedef double FP64; //双精度浮点数

typedef unsigned int OS_STK; //堆栈入口宽度为16 位

#define BYTE INT8S //字节型

#define UBYTE INT8U //为了与 uC/OS V1.xx.

兼容

#define WORD INT16S // ... uC/OS-II.

#define UWORD INT16U #define LONG INT32S #define ULONG INT32U

/********************************************************************

* 与 ARM 处理器相关的代码

********************************************************************/

#define OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt() /*关闭中断*/ #define OS_EXIT_CRITICAL() ARMEnableInt() /*开启中断*/

/* 设施堆栈的增长方向 */

#define OS_STK_GROWTH 1 /*堆栈由高地址向低地址增长*/ 2． 用C 语言编写六个操作系统相关的函数（OS_CPU_C.C）

void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd),void *pdata, void *ptos, INT16U opt)

{

unsigned int *stk;

opt = opt; /* 因为'opt' 变量没有用到，防止编译器产生警告*/

stk = (unsigned int *)ptos; /*装载堆栈指针*/

/* 为新任务创建上下文 */

*--stk = (unsigned int) task; /* pc */ *--stk = (unsigned int) task; /* lr */

*--stk = 0; /* r12 */ *--stk = 0; /* r11 */ *--stk = 0; /* r10 */ *--stk = 0; /* r9 */ *--stk = 0; /* r8 */ *--stk = 0; /* r7 */ *--stk = 0; /* r6 */ *--stk = 0; /* r5 */ *--stk = 0; /* r4 */ *--stk = 0; /* r3 */ *--stk = 0; /* r2 */ *--stk = 0; /* r1 */

*--stk = (unsigned int) pdata; /* r0 */

*--stk = (SVC32MODE|0x0); /* cpsr IRQ, 关闭FIQ */ *--stk = (SVC32MODE|0x0); /* spsr IRQ, 关闭FIQ */

return ((void *)stk);

}

void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb)

{

ptcb=ptcb;//防止编译时出现警告

}

void OSTaskDelHook (OS_TCB *ptcb)

{

ptcb=ptcb;//防止编译时出现警告

}

void OSTaskSwHook (void) void OSTaskStatHook (void)