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引言 μC/OSII是一種簡單高效、源代碼公開的實時嵌入式操作系統，具有良好的擴展性和可移植性，被廣泛應用到各種嵌入式處理器上；對于提高產品的質量，減少開發周期和降低成本有著重要的意義。本文以μC/OSII為移植對象，以ARM CortexM3內核微處理器為移植目標來討論其移植過程及應用。 1 μC/OSII及ARM CortexM3簡介 實時操作系統μC/OSII是一個基于優先級的搶占式實時內核，程序可讀性強，移植性好，代碼固定，可裁剪，非常靈活。至今，從8位到64 位，μC/OSII已在超過40種不同架構的微處理器上運行。μC/OSII的主要特點有：是優先級可剝奪的實時多任務操作系統；可處理和調度56個用戶任務，任務的優先級可以動態調整；提供任務間通信、同步使用的信號量、郵箱和消息隊列；具有良好的可裁剪性，可盡量減小系統的ROM和RAM大小。 ARM是目前嵌入式領域應用最廣泛的RISC微處理器結構，它以低成本、低功耗、高性能等優點占據了嵌入式系統應用領域的領先地位。當前ARM 系列的處理器有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11等多個產品。CortexM3內核是 ARM公司于2006年推出的一款高性能處理器內核，是ARM新型 V7指令集結構系列的微控制器版本，可用于企業應用、汽車系統、家庭網絡和無線技術等領域。其主要特點是： ① 功耗低； ② 內核的門數少，具有優異的性價比； ③ 中斷延時短； ④ 調試成本低； ⑤ 具有嵌套向量中斷控制器（NVIC），與處理器內核緊密結合實現低延遲的中斷處理； ⑥ 具有可裁減的存儲器保護單元（MPU），用于對存儲器進行保護。 2 移植μC/OSII Luminary Micro公司的LM3S系列微控制器包含運行在 50 MHz頻率下的ARM CortexM3 MCU內核、嵌入式Flash和SRAM、1個低壓降的穩壓器、集成的掉電復位和上電復位功能、模擬比較器、10位ADC、SSI、GPIO、看門狗和通用定時器、UART、I2C、運動控制PWM以及正交編碼器（quadrature encoder）輸入，非常適合樓宇和家庭自動化、工廠自動化和控制、工控電源設備、步進電機、有刷和無刷DC馬達、AC感應電動機等方面的應用。 本移植在如下環境中完成：編譯工具采用IAR FOR ARM,目標板采用周立功公司的LM3S8962微控制器EasyARM8962開發板。主機通過LMLINK JTAG連接目標板以建立交叉開發調試環境。 移植過程中,μC/OSII的核心源代碼不用修改,可以直接放在μC/OSII Source文件夾中。μC/OSII\\Ports目錄存放μC/OSII基于LM3S單片機的移植代碼，包括OS_CPU_C.C、 OS_CPU_A.ASM、OS_CPU.H三個必要的文件。Target目錄中的Startup.S文件是單片機的啟動代碼和中斷向量表，Target.C和Target.H提供單片機初始化函數TargetInit()和其他簡單的外設控制API函數。層次結構如圖1所示。 
圖1 層次結構 將μC/OSII移植到ARM處理器上需要修改3個與ARM體系結構相關的文件： OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。下面分別介紹這3個文件的移植工作。 （1） OS_CPU.H文件 包含μC/OSII所需要的常量、宏和自定義類型等。 ① OS_CPU.H定義的數據類型。在這次移植中μC/OSII重新定義了數據類型，如下所示：
② 修改與ARM處理器相關的內容。不同處理器的堆棧增長方向是不一樣的，ARM CortexM3的堆棧是從高地址往低地址增長的，OS_STK_GROWTH設為1，程序如下： #defineOS_STK_GROWTH1 （2） OS_CPU_C.C文件 在OS_CPU_C.C定義的C函數中，OSTaskStkInit()函數與CPU相關，所以移植代碼需要修改該函數。其程序如下（初始化任務時調用此函數初始化任務使用的堆棧）：
（3） OS_CPU_A.ASM文件 μC/OSII的移植需要編寫5個簡單的匯編語言函數。 ① OS_ENTER _CRITICAL( )： 關閉中斷源。 ② OS_EXIT_CRITICAL( )： 重開中斷源。 ③ OSStartHighRdy( )： 運行當前優先級最高的任務。 ④ OSCtxSw( )： 一個任務放棄CPU使用權時調用。 ⑤ OSIntCtxSw（）： 在退出中斷服務函數OSIntExit()中被調用，實現中斷級任務切換。 因為LM3S單片機目前只支持8位中斷優先級中的高3位，所以這里把1左移5位即是00100000B,其宏定義為 OS_CRITICAL_INT_PRIOEQU(1<<5)。 ARM CortexM3使用OSPendSV( )函數快捷地進行上下文切換。OSPendSV( )的C語言表述程序如下：
完成上述工作后，只要再根據目標板的實際情況編寫Target目錄中的3個文件，μC/OSII就可以運行在LM3S8962單片機上了。 3 實際應用 移植工作完成后，編寫了一段程序，可以進行CAN通信，按鍵控制LED燈，通過RS232串口與主機相連實現對SD卡的讀寫等操作。下面是程序的部分代碼：
在Main.H中定義任務優先級為：
其中創建任務的任務代碼為：
SDExample為方便觀察SD卡操作任務編寫的GUI界面，選好與程序對應的串口波特率，連接好硬件。從圖2可以看到，對SD卡可以進行成功操作。
圖2 SD卡操作任務編寫的GUI界面 結語 μC/OSII作為一個優秀的實時操作系統，已經被移植到各種體系結構的微處理器上。本設計實現了其在LM3S8962上的成功移植，并通過一個實例驗證了移植的正確性。本次移植只是做了一些基礎性工作，在此基礎上還可進行進一步的開發，充分利用LM3S系列單片機的性能和μC/OSII的特點，在檢測與維修領域發揮一定作用。 參考文獻 [1] Labrosse Jean J. 嵌入式實時操作系統μC/OSII[M]. 邵貝貝，等譯.第2版. 北京：北京航空航天大學出版社，2003. [2] 趙寧，陳明，何鵬舉.嵌入式操作系統μC/OSII在ARM上的移植與應用[J].計算機技術與應用,2004(4):2931. [3] 周立功，等.CortexM3開發指南——基于LM3S8000，2007. [4] 周立功.ARM微控制器基礎與實戰[M].北京:北京航空航天大學出版社，2003. 作者：裝甲兵工程學院 龐海濤 陳昕 程高峰 來源：單片機與嵌入式系統應用 2008 (11) |
