嵌入式实时操作系统μC_OS-Ⅱ在s3c44box上的移植.pdf

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1、第2 6 卷第1 期2 0 0 7 年3 月中南民族大学学报(自然科学版)J o u r n a lo fS o u t h C e n t r a lU n i v e r s i t yf o rN a t i o n a l i t i e s(N a t S c i E d i t i o n)V 0 1 2 6N O 1M a r 2 0 0 7嵌入式实时操作系统f f c o s 一在s3 c4 4 b o x 上的移植彭天玲王江晴”(中南民族大学计算机科学学院，武汉4 3 0 0 7 4)摘要介绍了嵌入式实时操作系统u C O S 一的内核结构，实现T u C O S 一在s 3

2、 c 4 4 b o x 上的移植，对移植后的系统进行了测试测试结果表明：移植后的实时系统是稳定可靠的关键词u C O S 一操作系统；实时操作系统；移植中图分类号T P 3 1 6 文献标识码A 文章编号1 6 7 2 4 3 2 1(2 0 0 7)0 1 0 0 7 0 0 4P l a n to fE m b e d d e dR e a l T i m eO p e r a t i o nS y s t e m c o s 一o ns3 c 4 4 b o xP e n gT i a n l i n gW a n gJ i a n g q i n gA b s t r a c tT

3、h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ek e r n e ls t r u c t u r eo fae m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mu C O S 一a n dd e s c r i b e dt h er e a l i z a t i o no fp l a n t i n g 弘c o s 一t os 3 c 4 4 h o x T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep l a

4、 n t e ds y s t e mw a ss t a b l ea n dr e l i a b l e K e y w o r d su C O S i i；r e a l-t i m eo p e r a t i o ns y s t e m；p l a n tP e n gT i a n l i n gM a s t e r!sC a n d i d a t e，C o l l e g eo fC o m p u t e rS c i e n c e，S C U F N，W u h a n4 3 0 0 74 C h i n a嵌入式操作系统可提高系统的可靠性和开发效率，尤为重要的

5、是它可以充分发挥3 2 位C P U 的多任务潜能p C O S 一是一个可裁减、源代码公开的嵌入式实时操作系统，它内核精巧，支持多任务管理，支持占先式任务调度，可移植性强 1 对弘c o s 一的移植具有重要的理论意义和实际应用价值1u c o s 一的特点u c o s 一的内核采用占先式调度机制，满足实时系统的要求，它包括任务管理和调度、时间管理、内存管理以及任务间的通信和同步等系统服务功能 z u c o s 一的内核主要是为任务提供系统服务任务可以请求内核的某项服务，内核作出相应的服务响应，同时根据任务当前的状态，及时执行优先级最高的就绪任务，实行占先式调度机制，保证了系统的实时性u

6、 C O S 一的系统体系结构以及与硬件的关系如图1 所示嘲应用程序软件C O S I I弘c O s I I 的设置(处理器无关代码)(应用相关代码)O SC O R E cu C O SI I cO SM B O X C“C O SI I H0 SC F G HO SM E M CO SQ Cl N C L U D E S HO SS E M CO ST A S K CO ST I M E C弘C O S-I I 的移植L 处理器相关代码)O S C P U HO S C P U C CO S C P U A A S M软件图1u C O S I I 的软硬件体系结构u C O S 一在最

7、初编写时就充分考虑了可移植性问题，大部分u C O S 一代码都是用c 语言编写的，只有少量与处理器相关的代码是用汇编语言写的，因为C 语言不能直接读写处理器寄存器要使收稿日期2 0 0 6 0 9 2 2*通讯联系人王江晴(1 9 6 4 一)，女，教授，E m a i l：w j q i n 9 2 0 0 0 y a h o o t o m c n作者简介彭天玲(1 9 8 2 一)，男，硕士研究生，研究方向：人工智能、嵌入式系统，E m a i l：p t l 一1 9 8 2 16 3 c o r n基金项目湖北省自然科学基金资助项目(2 0 0 4 A B A 0 2 9)万方数据

8、第1 期彭天玲，等：嵌入式实时操作系统u C O S 一在s 3 c 4 4 b o x 上的移植7 1u C O S 一正常运行，处理器必须满足以下条件：(1)处理器的C 编译器能够产生可重入代码u C O S 一是一个多任务实时内核，一般代码(如一个函数)可能被多个任务调用，代码的可重人性是保证多任务正确执行的基础(2)支持中断并能产生定时中断(通常在1 0 一1 0 0 H Z 之间)u C O S 一通过处理器产生的定时中断来实现多任务之间的调度(3)用C 语言就可以打开和关闭中断(4)支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈(5)有将堆栈指针和其他C P U 寄存器的内容读出并存储到堆栈或内

9、存中的指令进行任务调度时，首先将当前任务的C P U 寄存器存放到该任务的堆栈中，然后再从另一个新任务的堆栈中恢复其原来的寄存器的值，使之继续运行所以寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令不可少t y p e d e fs i g n e dc h a ri n t 8 s；t y p e d e fu n s i g n e ds h o r ti n t16 u；t y p e d e fs i g n e ds h o r ti n tl6 s；t y p e d e fu n s i g n e dl o n gi n t 3 2 u；t y p e d e fs i g n e dl

10、o n gi n t3 2 s；t y p e d e ff l o a tf p 3 2；t y p e d e fd o u b l ef p 6 4；宏：#d e f i n eO S E N T E R C R I T I C A I()#d e f i n eO S E X I T C R I T I C A l。()#d e f i n eO SS T KG R O W T H1定义堆栈方向：1 表示向下递减d e f i n eO S T A S K S W()3 2O SC P UC C 中O S T a s k s t k l n i t()的实现堆栈初始化函数O S T a

11、 s k s t k l n i t 在任务创建时被调用，作用是初始化任务的堆栈结构这样，堆栈看起来就像中断刚发生过一样，所有寄存器都保存2目标机一s 3 c 4 4 b o x 的资源在堆栈中堆栈的内容结构如图2 所示移植就是使一个实时内核能够在其他的微处理器或控制器上运行在系统移植之前，必须先了解目标机的硬件资源，然后根据特定的硬件编写相应的代码本文使用S a m S u n g 公司的s 3 c 4 4 b o x 作为目标机，它属于A R M T T D M I 系列，使用A R M 公司的1 6位a 2 位R I S C 结构，内核为A R M 7 T D M I，工作在6 6 M

12、H z 片上集成了以下部件：8 K C a c h e、外部存储器控制器、L C D 控制器、4 个D M A 通道、2 个U A R T、1 个多主1 2 C 总线控制器、1 个1 2 C 总线控制器，以及5 通道P W M 定时器和1 个内部定时器、8 通道1 2 位A D C 等，能够与常用外围设备实现无缝连接，功能强大3,c o s 一1 1 的移植步骤v c o s 一的移植工作主要是修改3 个与处理器相关的文件：C 语言头文件O S C P U H、C 语言源文件O S C P U C C 和汇编语言文件O S C P U A A S M 3 1O SC P U H 的移植O SC

13、 P U H 的移植主要包括与编译器相关的数据类型和与处理器相关的宏的定义等数据类型：t y p e d e fu n s i g n e dc h a rb o o l e a n；t y p e d e fu n s i g n e dc h a ri n t 8 u；P CL RR 1 2R 1 1R lR 0C P R SS P R S图2A R M 的堆找空I 司函数O S T a s k s t k l n i t()根据这个堆栈结构虚拟一个任务堆栈，这样任务在首次被调度的时候就可以正确恢复寄存器内容并执行了3 3O SC P UA A S M 的移植需要在该文件中编写4 个汇编语

14、言函数3 3 1O S S t a r t H i g h R d y()操作系统初始化后，需调用运行最高优先级任务函数O S S t a r t H i g R d y()来启动优先级最高的任务，这个函数首先设置系统启动运行标志O S R u n n i n g，然后从要执行的任务堆栈中恢复所有的寄存器的值并执行中断返回指令实现代码如下：V o i dO S S t a r t H i g h R d y(v o i d)堆栈指针=O S T C B H i g h R d y 一 O S T C B S t k P t r5O S R u n n i n g=T U R E；从新任务中恢复

15、所有处理器的寄存器；3 3 2O S C t x s w()任务级任务切换函数O S C t x s w()在某个任务自 万方数据7 2中南民族大学学报(自然科学版)第2 6 卷动放弃C P U 时调用任务级切换通过软中断指令来完成，函数O S C t x s w()由O ST A S KS W()宏调用而O ST A S KS W()由函数O S S c h e d 调用函数O S C t x S w()被调用后，先将当前任务的C P U 现场保存到该任务的堆栈中，然后获得最高优先级任务的堆栈指针，并从该堆栈中恢复此任务的C P U 现场，使之继续执行这样，函数O S C t x S w()

16、就完成了一次任务级的切换V i o dO S C t x s w(v o i d)保存处理器寄存器；将当前任务的堆栈指针保存到当前任务的任务控制块中；0 S T C B C u 卜 O S T C B S t k P t r 一堆栈指针；O S T C B C u r=O S T C B H i g h R d y：O S P r i o C u r=O S P r i o H i g h d y；堆栈指针=O S T C B H i g h R d y 一 0 S T C B S t k P t r；从新任务堆栈中恢复处理器寄存器；执行中断返回指令；)3 3 3O S I n t E x i

17、 t()中断级任务切换函数O S I n t E x i t()通过调用函数O S I n t C t x S w()，在I S R 中执行任务切换功能因为中断可能会是更高优先级的任务进入就绪态，所以为了让更高优先级任务能够立即运行，在中断服务子程序退出前，函数O S I n t E x i t()会调用O S I n t C t x S w()做任务级切换，从而保证系统的实时性函数O S I n t C t x S w()和O S C t x s w()都是用来实现任务切换功能的，其区别在于不需要在函数O S I n t C t x S w()中保存C P U 寄存器，因为在调用O S I

18、n t C t x S w()之前已经发生了中断，在中断服务子程序中已将C P U 的寄存器保存到被中断任务的堆栈中其实现代码如下：V i o dO S I n t E x i t(v o i d)将当前任务的堆栈指针保存到当前任务的0 ST C B；O S T C B C u 卜 O S T C B S t k P t r=堆栈指针；O S T C B C u r O S T C B H i g h R d y；O S P r i o C u r=O S P r i o H i g h R d y；得到需要恢复的任务的堆栈指针；堆栈指针=O S T C B H i g h R d y 一 O

19、 S T C B S t k P t r；从新任务堆栈中恢复处理器寄存器；执行中断返回指令；)3 3 40 S T i c k l S R()时钟节拍中断服务是肛C()S i i 内核必须提供的一个服务“它在每个时钟节拍中断到来时执行时钟节拍中断服务函数O S T i c k l S R()首先将C P U寄存器的值保存在被中断任务的堆栈中，调用O S I n t E n t e r()；然后调用O S T i m e T i c k()检查所有处于延时等待状态的任务，判断是否有延时结束就绪任务；最后调用O S I n t E x i t()如果中断使其他更高优先级的任务就绪且当前中断为终端嵌

20、套的最后一层，那么O S I n t E x i t()将不进行任务切换其实现代码如下：V i o dO S T i c k I S R(v o i d)保存处理器寄存器；调用O S I n t E n t e r()；调用O S T i m e T i c k()处理时钟中断；调用O S I n t E x i t()；执行中断返回指令；)4实验结果测试环境为F S 4 4 B O X 开发板，采用a r m 7 t d m i的核,L,s 3 c 4 4 b O x 为处理器，以a d s l 2 为集成开发调试环境程序运行结果输出到通过R S 2 3 2 串口与开发板相连的P C 机超级

21、终端上测试程序定义了3 个任务：T a s k S t a r t 为周期性显示C P U 使用率，任务优先级为l；T a s k I E D 为周期性控制I，E D 闪烁，任务优先级为5 1；T a s k K e y 为显示按键信息，任务优先级为5 0 在启动肛c o s 一前，为任务T a s k K e y 创建了一。个邮箱K e y S e m，T a s k K e y 循环等待邮箱里的消息，并输出到超级终端上我们定义了一个外部中断按键中断服务程序O S E I N T 4 5 6 7 I S R，开发板上有4 个按键，任意一个按键被按下时，都将触发中断服务程序，该程序将按键对应的

22、编码信息发送到邮箱K e y S e m 里测试结果表明，3 个任务能够轮流执行打印按键信息“O S C P U U s a g e 一”为任务T a s k S t a r t周期性打印的C P U 使用频率信息，按键被按下后，消息被发送到邮箱K e y S e m 里，T a s k I。E D 得到机会运行时，从邮箱取出按键消息打印按键信息“m s g一”在T a s k S t a r t 延时的间隔或者T a s k K e y 等待邮箱消息阻塞时，T a s k I。E D 任务得到机会运行，开发板上L E D 灯不停地闪烁，说明移植后的系统是稳定可靠的运行情况如图3 所示 万方数

23、据第1 期彭天玲等：嵌入式实时操作系统p C O S 一在s 3 c 4 4 b o x 上的移植7 35结束语图3 移植后的测试运行情况面高效方便地开发应用程序在实时控制系统中，为了很好地完成外界信息的测量、计算和相应的多种实时控制操作，必须要采用有效的调度算法来保证，而原始的,c o s 一系统无法满足这种实时性要求下一步的工作是对其调度算法进行适当改进，使之更能够满足实际应用对系统实时性能的要求 1 2 3 通过以上过程，一个稳定高效的嵌入式实时操，作系统就移植到了目标机上，以后就可以在其上。参考文献L a b r o s s eJJ 弘C O S I I 源码公开的嵌入式实时操作系统

24、M 邵贝贝译北京：中国电力出版社，2 0 0 1：2 6 7 2 6 9 邵贝贝嵌入式实时操作系统p C O S 一的应用与新发展 J 电子产品世界，2 0 0 2，1 7：2 1 2 2 黄涛，徐宏吉占，陈宁，等嵌入式实时操作系统移植技术的分析与应用 J 计算机应用。2 0 0 3，2 3(9)：8 8 8 9 王田苗嵌入式系统设计与实例开发 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 3：2 7 3 2 7 4 万方数据嵌入式实时操作系统C/OS-在s3c44box上的移植嵌入式实时操作系统C/OS-在s3c44box上的移植作者：彭天玲，王江晴，Peng Tianling，Wang Jiang

25、qing作者单位：中南民族大学,计算机科学学院,武汉,430074刊名：中南民族大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF SOUTH-CENTRAL UNIVERSITY FOR NATIONALITIES(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2007,26(1)参考文献(4条)参考文献(4条)1.王田苗 嵌入式系统设计与实例开发 20032.黄涛;徐宏喆;陈宁 嵌入式实时操作系统移植技术的分析与应用期刊论文-计算机应用 2003(09)3.邵贝贝 嵌入式实时操作系统COS-的应用与新发展期刊论文-电子产品世界 2002(17)4.Labrosse J J;邵贝贝 COS-源码公开的嵌入式实时操作系统 2001 本文链接：http:/