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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>ARM>詳解μC/OS-II在ARM平臺上移植

詳解μC/OS-II在ARM平臺上移植

2017-11-01 | rar | 0.4 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

μC/OS-II在ARM平臺的移植是一個重要的學(xué)習(xí)過程,有助于提高對RTOS的認(rèn)識與理解,從而提高嵌入式工作者的理論與技術(shù)水平。μC/OS-II是一個小的實(shí)時內(nèi)核,源代碼公開,有詳盡的解釋。正是因?yàn)槠鋬?nèi)核小,才便于研究、理解和掌握。另外,參照TCP/IP協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和一些公開的圖書,在μC/OS-II上增加TCP/IP協(xié)議棧,藍(lán)牙通信軟件、紅外通信協(xié)議也十分方便,商業(yè)價值得到了認(rèn)可。
  隨著科技的發(fā)展,嵌入式應(yīng)用的復(fù)雜性越來越高,同時ARM體系處理器的價格越來越低,ARM平臺 + 實(shí)時操作系統(tǒng)的架構(gòu)體系的使用會越來越廣泛。有鑒于此,本文對μC/OS-II在ARM平臺下的移植進(jìn)行了深入探討。
  1 操作系統(tǒng)μC/OS-II及S3C2410開發(fā)平臺簡介
  1.1 μC/OS-II簡介
  μC/OS最早出自于1992年美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J.Labrosse在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志5月和6月上刊登的文章連載,并把μC/OS的源代碼發(fā)表在該雜志的BBS上。μC/OS-II是目前最新的版本。
  μC/OS-II是專門為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,絕大部分代碼用C語言編寫。CPU的相關(guān)部分采用匯編語言編寫,總量在200行左右的匯編語言被壓縮到最低限度,目的是便于移植到任何一種其他的CPU上去。
  μC/OS-II具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時性優(yōu)良、可擴(kuò)展等特點(diǎn),最小內(nèi)核可編譯至2 KB。μC/OS-II可移植到幾乎所有知名的CPU上。
  1.2 μC/OS-II的組成
  嚴(yán)格地說μC/OS-II只是一個實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核,它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒有提出輸入輸出管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等額外的服務(wù)。但由于μC/OS-II良好的可擴(kuò)展性和源代碼開放,這些非必須的功能完全可以由用戶根據(jù)自己的需要分別實(shí)現(xiàn)。
  μC/OS-II可以大致分成核心、任務(wù)處理、時間處理、任務(wù)同步與通信、CPU的移植等5個部分[1]。
 ?。?)核心部分(OSCore.c):操作系統(tǒng)的處理核心,包括操作系統(tǒng)的初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行、中斷進(jìn)出的前導(dǎo)、時鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。
 ?。?)任務(wù)處理部分(OSTask.c):與任務(wù)操作密切相關(guān)的部分。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。
 ?。?)時鐘部分(OSTime.c):μC/OS-II中最小的時鐘單位是timetick(時鐘節(jié)拍)。任務(wù)延時等操作在此完成。
 ?。?)任務(wù)同步和通信部分:為事件處理部分,包括信號量、郵箱、郵箱隊(duì)列、事件標(biāo)志等部分,主要用于任務(wù)間的相互聯(lián)系和對臨界資源的訪問。
  (5)與CPU的接口部分:這里是指μC/OS-II針對所使用的CPU需要改寫的部分。由于μC/OS-II是一個通用性的操作系統(tǒng),其開放的源代碼是以X86內(nèi)核為例而編寫的,在應(yīng)用到其他處理器平臺上時,這部分代碼必須做相應(yīng)的改變。
  1.3 ARM硬件開發(fā)平臺簡介
  調(diào)試時所用的硬件開發(fā)平臺是一款基于三星S3C2410A芯片的開發(fā)平臺。S3C2410開發(fā)板是一款通用的ARM9開發(fā)板,其基本配置采用三星公司的S3C2410 ARM920T芯片,主頻203 MHz。集成有SDRAM控制器、NAND Flash控制器、SD讀卡器、USB Host和USB Device控制器、LCD控制器、I2C總線控制器、SPI總線接口等。開發(fā)板上Flash空間為32 MB,SDRAM容量為128 MB。
  2 S3C2410引導(dǎo)程序
  開發(fā)板原有引導(dǎo)程序由VIVI公司提供,其運(yùn)行過程分成兩個階段。第一階段的代碼用匯編語言編程,主要完成以下任務(wù): (1)初始化CPU速度、存儲器、存儲器配置寄存器,以及串口等硬件資源的配置;(2)建立內(nèi)存空間的映射圖,將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到合適的狀態(tài),為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做準(zhǔn)備; (3)裝載操作系統(tǒng)映像到內(nèi)存中;(4)設(shè)置相關(guān)寄存器和資源,跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù),進(jìn)入第二階段。
  第二階段的代碼用C語言編寫,從main()函數(shù)開始,主要工作有:開發(fā)板外部接口初始化(I/O接口、UART接口、LCD接口等)、內(nèi)存映射和內(nèi)存管理單元初始化等,最后啟動linux內(nèi)核。有大量文章對此開發(fā)板引導(dǎo)程序作了詳細(xì)的分析[3],本文在這里不做重復(fù),本文的重點(diǎn)是將引導(dǎo)程序與μC/OS-II操作系統(tǒng)二者融合,既利用了開發(fā)板源代碼提供的關(guān)于UART口、LCD和觸摸屏接口程序;時鐘、內(nèi)存管理等豐富的驅(qū)動程序和接口程序,又成功地完成了對μC/OS-II實(shí)時操作系統(tǒng)的移植和整合。
  3 移植要點(diǎn)
  μC/OS-II的內(nèi)核分成2個部分,與處理器無關(guān)的代碼和與處理器有關(guān)的代碼。移植過程中需要根據(jù)S3C2410處理器和ADSV1.2開發(fā)平臺(這里特地強(qiáng)調(diào)編譯平臺的因素,主要考慮到各個編譯平臺對數(shù)據(jù)格式的理解略有差別)的特點(diǎn)來重新編寫3個文件,用C語言編寫的OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和用匯編語言編寫的OS_CPU_A.ASM,此外,要將S3C2410開發(fā)板引導(dǎo)程序和μC/OS-II內(nèi)核程序融合在一起,還必須將各自main()函數(shù)融為一體。
  3.1 OS_CPU.H的移植
  μC/OS-II內(nèi)核中OS_CPU.H代碼是根據(jù)X86內(nèi)核而寫的,其中的數(shù)據(jù)格式定義與ARM9內(nèi)核以及ADSv1.2開發(fā)平臺不完全相符。OS_CPU.H的移植分為以下4個部分:
  (1)數(shù)據(jù)類型定義:在調(diào)試時發(fā)現(xiàn),雖然定義8 bit或16 bit數(shù)據(jù)類型時,在編譯過程中不會報(bào)錯,但這些變量并不會按要求被正確初始化或賦值,運(yùn)行過程常常出錯。所以,在改寫OS_CPU.H代碼時,將所有變量都定義成32 bit或64 bit;
  (2)堆棧生長方向定義:ARM的堆棧是從上往下生長的,OS_STK_GROWTH定義為1;
 ?。?)開關(guān)中斷的宏定義:用開關(guān)中斷的匯編函數(shù)實(shí)現(xiàn),放在OS_CPU_A.ASM文件中。
 ?。?)宏定義OS_TASK_SW():這個宏定義是在ARM中斷處理之外時,μC/OS-II從低優(yōu)先級切換到高優(yōu)先級任務(wù)時所調(diào)用的代碼,它總是在任務(wù)級代碼中被調(diào)用。在有些資料中[1],將OS_TASK_SW()和OSIntCtxSw()等同起來,這在ARM內(nèi)核中是不行的,因?yàn)楹笳呤茿RM內(nèi)核在中斷模式下的任務(wù)切換函數(shù),而不同模式下處理器的寄存器組是不同的,所要保護(hù)的寄存器內(nèi)容也不相同,經(jīng)過調(diào)試,發(fā)現(xiàn)以下代碼可達(dá)到目的。
  OS_TASK_SW
  stmfd sp!, {lr} ; PC入棧,lr其實(shí)是任務(wù)的返回地址,
  stmfd sp!, {r0-r12, lr}
  mrs r4, cpsr
  stmfd sp!, {r4} ;最后保存CPSR ldr r4, =OSTCBCur
  ldr r5, [r4]
  str sp, [r5] ;將SP保存在當(dāng)前任務(wù)的控制塊中 ldr r5, =OSTCBHighRdy
  ldr r5, [r5]
  str r5, [r4] ;OSTCBCur = OSTCBHighRdy ldr r6, =OSPrioHighRdy
  ldr r6, [r6]
  ldr r4, =OSPrioCur
  str r6, [r4] ;OSPrioCur = OSPrioHighRdy
  ldr sp, [r5] ;得到新任務(wù)的堆棧指針
  ldr r4, [sp], #4
  msr cpsr_cxsf, r4 ;先恢復(fù)CPSR
  ldmfd sp!, {r0-r12, lr, pc}
  3.2 OS_CPU_C.C.H的移植
  在OS_CPU_C.C中,最主要的函數(shù)是OSTaskStkInit(),它在任務(wù)建立時,用來初始化任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu),其余鉤子函數(shù)可以不用動,這個函數(shù)的代碼比較簡單[2]。需要說明的是,由于本文所述系統(tǒng),用戶任務(wù)運(yùn)行在SVC模式下,沒有保存SPSR寄存器。
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