实验五(嵌入式实时操作系统实验报告).doc
中国矿业大学计算机学院数据库原理实验报告学号：08083572班级：信科08-3 姓名：刘俊迪 专业： 电子信息科学与技术 实验五：uC/OS-II内核移植实验 1. 实验目的：n 了解uC/OS-II内核的基本原理和主要结构n 掌握将uC/OS-II内核移植到ARM处理器上的基本方法n 掌握uC/OS-II下基本多任务应用程序的编写2. 实验内容：学习uC/OS-II再ARM处理器上的移植过程编写简单的多任务应用程序，同时实现跑马灯和数码管显示的功能3. 实验原理：（1）uC/OS-II的移植1、汇编语言、C语言代码需要移植2、移植工作集中在多任务切换的实现上3、在ARM处理器上的移植，需要完成的工作包括：修改三个和体系结构相关的文件，代码量大约是500行。这三个文件是OS_CPU_C.c、OS_CPU_C.H以及OS_CPU_A.S（2）OS_CPU.H的移植1、数据类型定义 INT8U -> unsigned charINT8S -> signed char INT16U -> unsigned shortINT16S -> signed shortINT32U -> unsigned intINT32S -> signed int2、ARM处理器相关宏定义 退出临界区#defineOS_ENTER_CRITICAL()ARMDisableInt()进入临界区 #defineOS_EXIT_CRITICAL()ARMEnableInt()3、堆栈增长方向 堆栈由高地址向低地址增长，这个也是和编译器有关的，当进行函数调用时，入口参数和返回地址一般都会保存在当前任务的堆栈中，编译器的编译选项和由此生成的堆栈指令就会决定堆栈的增长方向。#define OS_STK_GROWTH 1（3）OS_CPU.c的移植1、任务堆栈初始化 1、由OSTaskCreate或OSTaskCreateExt调用2、用来初始化任务的堆栈并返回新的堆栈指针stk。初始状态的堆栈模拟发生一次中断后的堆栈结构。3、在ARM体系结构下，任务堆栈空间由高至低依次将保存着pc、lr、r12、r11、r10、 r1、r0、CPSR、SPSR4、堆栈初始化结束后，OSTaskStkInit返回新的栈顶指针，OSTaskCreate或 OSTaskCreateExt将指针保存在任务的OS_TCB中。2、系统hook函数 任务创建钩子OSSTaskCreateHook任务删除钩子OSTaskDelHook任务切换钩子OSTaskSwHook任务统计钩子OSTaskStatHook时钟节拍处理钩子OSTimeTickHook3、中断级任务切换函数 1、该函数由OSIntExit()和OSExIntExit()调用2、在时钟中断ISR（中断服务例程）中发现有高优先级任务等待的时钟信号到来，则需要在中断退出后并不返回被中断任务，而是直接调度就绪的高优先级任务执行。3、该函数通过设置一个全局变量need_to_swap_context标志以表示在中断服务程序中进行任务切换，然后在OSTickISR()中判断该变量以进行正确的动作。（4）OS_CPU_A.S的移植 1、时钟节拍中断服务函数 1、时钟节拍是特定的周期性中断2、时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大。越慢则系统响应速度越慢3、本系统使用定时器0作为时钟节拍源，产生间隔10mS的时钟节拍4、OSTickISR()就是时钟节拍中断服务函数，也就是定时器0的中断处理函数2、退出临界区和进入临界区函数 ARMDisableInt/ARMEnableInt 1、直接操作CPSR的I、F位2、 ARMDisableInt将CPSR的I、F位设置为1，关闭所有中断3、 ARMEnableInt将CPSR的I、F位设置为0，打开中断3、任务级上下文切换函数OS_TASK_SW 1、该函数当任务因为被阻塞而主动请求cpu调度时被执行，由于此时的任务切换都是在非异常模式下进行的，因此区别于中断级别的任务切换。2、它先将当前任务的cpu现场保存到该任务堆栈中，然后获得最高优先级任务的堆栈指针，从该堆栈中恢复此任务的cpu现场，使之继续执行。这样就完成了一次任务切换。4、OSStartHighRd 1、该函数是在OSStart函数中调用2、负责从最高优先级任务的TCB中获得该任务的堆栈指针sp，并依次将cpu现场恢复，这时系统就将控制权交给用户创建的该任务进程，直到该任务被阻塞或者被其他更高优先级的任务抢占cpu3、该函数仅在多任务启动时被执行一次，用来启动之前创建的第一个，也就是最高优先级的任务执行（5）多任务应用程序的编写 C语言入口函数 1、调用函数ARMTargetInit初始化ARM处理器；2、调用OSInit进行操作系统初始化；3、调用OSTaskCreate函数两个任务：TaskLED和TaskSEG；4、调用ARMTargetStart函数启动时钟节拍中断；5、调用OSStart启动系统任务调度。（6）OS_CPU.H的改写typedef unsigned char BOOLEAN;typedef unsigned char INT8U; typedef signed char INT8S; typedef unsigned int INT16U; typedef signed int INT16S; typedef unsigned long INT32U; typedef signed long INT32S; typedef float FP32; typedef double FP64; typedef unsigned int OS_STK; #define BYTE INT8S #define UBYTE INT8U #define WORD INT16S #define UWORD INT16U#define LONG INT32S#define ULONG INT32U（7）OS_CPU_C.C的改写void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, void *ptos, INT16U opt) unsigned int *stk; opt = opt; /* 'opt' is not used, prevent warning */ stk = (unsigned int *)ptos; /* Load stack pointer */ /* build a context for the new task */ *-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, FIQ disable*/ *-stk = (SVC32MODE|0x0);/* spsr IRQ, FIQ disable */ return (void *)stk);实验步骤1、补全os_cpu.h和OS_CPU_C.c两个文件中的缺少的部分代码。2、使用创建好的模板工程Eg1，打开Eg1.c文件，按下面的要求补全TaskLED函数和TaskSEG函数。3、在TaskLED函数中每隔200个时钟节拍使所有的跑马灯闪烁一次（一亮一灭）。4、在TaskSEG函数中每隔100个时钟节拍切换一次数码管显示（循环从1到F显示）5、编译工程Eg1，如果出错，进行修改后再编译。6、将Eg1下载并运行，看结果，正确的结果将每隔1秒切换一次数码管显示，每隔2秒使所有的跑马灯闪烁一次。4. 实验结果6.实验体会：本次试验主要学习了C/OS-II的移植,书本主要介绍了其在51单片机上的移植.结合C/OS-II的移植需要满足的要求： （1）处理器的C编译器可以产生可重入代码； （2）可以使用C调用进入和退出临界区代码； （3）处理器必须支持硬件中断，并且需要一个定时中断源； （4）处理器需要能够容纳一定数据的硬件堆栈； （5）处理器需要有能够在CPU寄存器与内核和堆栈交换数据的指令。做出相应的修改，编写相应的代码，调试成功即可。成绩：优 良 中 差 教师
