μC_OS-Ⅱ操作系统向ARM7开发平台的移植.pdf

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1、北京工业大学电控学院蒋路嚣I J L C o S-I I 操作系统向A R M 7开发平台的移植在越瑚工程开发中，为了实现功能复杂的资源复用，提高软件功能设计效率，简化开发难度，需要采用高性能的实时嵌入式操作系统心，o s 作为软件设计平台。因此，将u c o s 移植到删开发平台是一项难度极高但十分必要的工作。通常移植工作对开发人员有非常高的要求，开发人员不仅要熟练掌握嵌入式系统的开发模式和方法，而且还要对操作系统、处理器和硬件系统的特性有深入的认识和研究。心内S I I 移植工作已由作者独立完成，在实际应用后，证明岖加I s-工作十分稳定。移植的硬件平台采用高性能A R M 7 T D M

2、 I 内核的A T 9 1 m 4 0 8 0 0 嵌入式处理器，开发调试平台采用A R Ms D T 2 5 1，软件平台采用实时嵌入式操作系统u c o s I I。斗C o S I I 实时操作系统的结构及可移植性分析“C，o S I I j 粟作系统特点C o s I I 是一个高性能的嵌入式实时操作系统，是由多任务、多中断和高效实时内核组成的一个有机整体。应用系统在实时内核的统一管理下协调工作，能够高效地实现任务切换、任务调度、任务间通信、同步、互斥、实时时钟管理、中断管理等功能。为了提高系统的实时能力，“c o s I I 可以将一个复杂的应用划分为多个相互独立的任务，并根据任务的

3、重要性来分配优先级。每个任务拥有自己的堆栈空间，并且当前任务运行时独占c P u 资源。任务的调度完全由c o S-I I 的实时内核完成，主要包括任务的状态管理、选择最高优先权的任务、执行任务和撤消任务等。c o s-u 内核还负责c P u 时间分配，C P u 时间总是优先分配给中断事件，其次是任务队列中当前优先级最高的任务。不同任务间的通信可以通过“C o S 一提供的信号量、邮箱、消息队列等机制完成。作为一个优秀的实时操作系统，c，o s-I I 具有如下优点：可移植一绝大部分的u(湘I s-代码由A N s Ic 编写，只有和处理器相关的部分才使用汇编，这使得心，o S U 便于移

4、植l可裁减一如果只使用部分功能，可以通过条件编译来裁减u C o S I I 的代码；多任务一C o S-I I 可以管理6 4 个任务，目前系统保留了8 个，用户的应用程序最多可以有5 6 个任务。每个任务的优先级不同，这意味着“c o s 不支持时间片轮转调麓。囊囊蛰罄蠹譬。警豢纂麟 万方数据豳醒豳目静嚣涮嚣嚣瓣瓣搿裂瓣嚣鞲嚣蓊女戮|霪露器涔蠹黪謇露蓉|萋豢蒸霪孽囊篓荔囊豢嚣冀霪簧萋蒸嚣霪露嚣嚣l 薹 篓嚣餐霪篓冀鬈粼i 誊蘩墓|嚣|誊|=誊l 鬃疆馨黪蕈i 嚣|罄嚣l 嚣蕊羹嚣誉豢嚣静蘑螽藉露疆8 圉毯8霾曩l誓謦箨鬓鬟缵鞠一鬟l 瓣碧篓嚣爨霪誊黪黎|豢嚣器嚣鬻a 嚣$辔誊尊尊一表lA

5、R M 处理器的7 种运行模j描述处理器模式正常程序执行模式用户模式(u s r)正常程序执行模式用户模式(u s r)用于高速数据传输和通道处理快速中断模式(f i q)用于高速数据传输和通道处理快速中断模式(f i q)用于通常的中断处理外部中断模式(i r q)用于通常的中断处理外部中断模式(i r q)特权模式(s v c)供操作系统使用的一种保护模式数据访问中止模式(a b t)用于虚拟存储及存储保护未定义指令中止模式(u n d)用于支持通过软件仿真硬件的协处理器系统模式(s y s)用十运行特权级的操作系统任务耳可脂I-r 1，n aT T7 亡皆二仁 k 工田I r、，n Q

6、I I-点A 口 月e n T，)互1F 一圣一囊 万方数据叁，黧。鞭。黪s I 镬?蠢leINT 和添袋黼秘晒黼零n 1 灌i?，_ I _ _ l _ e 咎G 峪一I l 任务堆栈及任务切换誊删处理器模式及寄存器A R M 处理器共有7 种运行模式，如表l 所示。C o S I I 作为操作系统可以工作在s y s 模式和s v c 模式下。A R M 处理器共有3 1 个通用寄存器(包括程序计数器P c)和6 个状态寄存器(P s R)，具体组成为：未备份寄存器R 0 趣7。在所有的处理器模式下指的都是同一个物理寄存器。备份寄存器R 8 球舵。每个寄存器对应两个不同的物理寄存器。R 1

7、 3 和R 4，每个寄存器对应6个不同的物理地址，u s r 模式和s y s 模式公用一个物理寄存器，其余每个模式有各自的R 1 3 和R 1 4。寄存器R 1 3 常用做栈指针(s p)，R 1 4 存放函数或异常模式的返回地址。程序计数器R 1 5。当前程序状态寄存器(c P s R)和5 个备份程序状态寄存器(s P s R)。u C o S I I 任务堆栈“c o s I I 为每个任务建立堆栈，用于保存处理器的寄存器。其结构体定义为o s s T K【1 6】，保存处理器工作模式(s v c 模式)的R O R 1 2、R 1 4、c P S R和S P S R。u c o s

8、I I 在o S C P U _ C C 中由任务堆栈初始化。函数o s T a s k s t H n i t，需要将任务栈内的c P S R 和S P S R 设为s v c 模式。u C O S I I 的任务切换u c o S I I 的任务调度函数o s s h e d()获得当前就绪的优先级最高任务的T C B(任务控制块)指针，存入全局变量o S T C B H i 曲R d y，将当前任务的TcB 指针存入osTcB cur。然后调用函数o S J A s K s w()进行最底层的任务切换。o s c P u A s M s 内的任务切换函数o s T A s K s w()

9、完成的工作有两步：将被挂起任务的微处理器寄存器推人任务堆栈(o S T C B C u r o S T C B S T K)，然后将较高优先级的任务的寄存器从栈(o s T c B H i g h R d y-o S T C B S T K)恢复到寄存器。屏蔽中断与开中断P S R 寄存器格式说明程序寄存器构造如下：位3 13 02 92 82 7 一NZCV76543 21OIFT 工作模式I 位为1 屏蔽处理器的外部中断，为0 允许外部中断。F 位为1 屏蔽处理器的快速中断，为0 允许快速中断。屏蔽中断与开中断o s c P u A s M S 中的屏蔽中断函数A m D i s a b

10、l e I n t()将C P S R 的I 位置1 实现在处理器级将中断屏蔽；开中断函数A r m E n a b l e I n t()将c P s R 的I 位置O 允许处理器响应中断。进入中断程序和中断返回程序A 砌订处理器的中断处理程序处理器响应I R Q 异常中断时的处理过程是，在i r q 模式的R 1 4 保存程序返回的地址；在i 蝌漠式的S P S R保存C P S R；切换到i r q 模式，将c P s R 中断位(I 位)置1，跳转到中断向量的地址。“c o s I I 的中断服务程序在o s c P u A s M S 中的时钟中断服务程序o S T i c k I

11、S R 是标准的中断服务程序，函数的入口写入A I c 的中断向量表，其实现的过程是：向m 4 0 8 0 0 的A I c j V R 写入任意的数，读取m 4 0 8 0 0 的状态寄存器 万方数据清除中断，保护c P u 寄存器人栈，调用o S I n t E n t e r 对中断嵌套标志加l。调用中断服务程序o s T i m e T i c k，调用o S I n t E x i t 判断是否需要任务切换，如果需要会调用o s I n t C t X s w来进行任务切换。此处没有调用任务切换函数o S T A S K s w()是因为C P U 寄存器入栈的工作已经在进人中断时完

12、成。o S I n t C t)【S W 是o S C P U-A S M内的函数，完成的工作如下：向m 4 0 8 0 0 的越C _ E o I C R 寄存器写入值，将佩Q 栈内保存的中断c p u 寄存器的值写入被中断的任务栈，将就绪的高优先级的任务栈内容写入对应的c P U 寄存器。o S T i c k I S R 是标准的中断服务程序，其他设备的中断服务程序可以仿照这一程序的结构编写，只是对应的设备寄存器地址不同。测试扯C，O S I l 内核基于上述分析，对与处理器有关的4 个汇编函数(A r m I n t E n t e r，Ar m I n t E x i t，o S I

13、 n t C t x S w，oS Tas K Sw)，一个C 函数(o S k s 越m t)及相关的数据类型和宏定义进行分析修改就是“c o s I I移植需要做的工作。一旦代码移植结束，作就是测试。测试个似C，o s 一的多任务实时内核需要细致地考虑测试步骤。调试的过程应该由简到繁，可以从一些最简单的任务，甚至在没有应用程序的情况下开始测试。这样做有两个好处：第一，避免使原本复杂的事情更加复杂；第二，如果出现问题，可以知道问题出现在内核代码上而不是应用程序。刚开始的时候，可以添加一些简单的任务和时钟节拍的中断服务例程。一旦多任务调度成功运行了，再添加应用程序就非常简单了。在实际测试中，按

14、照由简到繁的过程不断使测试变得复杂，如下所述：1 添加三个任务，每个任务通过m 4 0 8 0 0 的一个P I o 口控制一个L E D，在三个任务间互抛信号量。测试“c o s I I 系统内任务调度，任务间通信机制是否工作正确；测试移植的任务栈结构和任务切换函数o S T a s K S W 是否正确(见图2)。2 在上一步的基础上，打开时钟中断，但没有任务调用o s T i m e D l y 等与时钟中断有关的操作。在时钟中断的o s T i m e T i c k H o o k中通过一个P I o 控制一个L E D 的亮o s T i m e T i c H s R 和中断后没

15、有任务切换的情况系统运行是否正确(见图3)。3 在上一步的基础上，三个基本任务中的延时使用o s T i m e D l y 实现，即在时钟中断的中断服务程序完成后需要任务切换。测试移植的o S I n t C t x S w 是否正确(见图4)。4 在上一步的基础上，加入第四个任务T a s k 4 和串口收数中断，在中断服务程序中将收到字节放入邮箱，在T a s k 4 等待邮箱，被唤醒后从串口发出收到的字节。这种情况接近一般工程设计的应用情况(见图5)。肛C，oS I I 向其他基千A R M 7 内核芯片的移檀以上所述的移植工作大部分针对A R M 7 内核，但其中涉及到中断控制器及时

16、钟控制器的代码是针对A t m e l 公司的A T 9 1 m 4 0 8 0 0 芯片的专用外设编写的，在向其他基于A R M 7 内核的芯片移植C o S I I时，只需修改相关外设的驱动程序或系统中o S-C P u 文件的相关代码即可。在使用中，还完成了将u C o S I I 向三星公司的S 3 C 4 4 8 0 芯片 万方数据C/OS-操作系统向ARM7开发平台的移植C/OS-操作系统向ARM7开发平台的移植作者：蒋路作者单位：北京工业大学电控学院刊名：电子设计应用英文刊名：ELECTRONIC DESIGN&APPLICATION WORLD年，卷(期)：2004(6)被引用

17、次数：7次 引证文献(7条)引证文献(7条)1.张雪燕 uC/OS-在SkyEye上的移植期刊论文-宁波广播电视大学学报 2008(1)2.楼鸿强.赵光宙 嵌入式区域水质监测站系统设计期刊论文-机电工程 2006(11)3.于兵.朱欣华.朱炫鹏 基于ARM和GPRS的无线数据传输模块的设计期刊论文-电子器件 2006(1)4.朱炫鹏 基于GPRS的远程监控系统的应用研究学位论文硕士 20055.肖强 基于C/OS-的文件管理功能的研究与实现学位论文硕士 20056.沈慎 用于种子加工成套设备的嵌入式系统设计学位论文硕士 20057.赵宁.陈明.何鹏举 嵌入式操作系统C/OS-II在ARM上的移植与应用期刊论文-航空计测技术 2004(4)本文链接：http:/