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實時操作系統(tǒng)的使用，能夠簡化嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，有效地確保穩(wěn)定性和可靠性，便于維護和二次開發(fā)。 μC/OS-II是一個基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性，除此以外，μC/OS-II的鮮明特點就是源碼公開，便于移植和維護。 在μC/OS-II官方的主頁上可以查找到一個比較全面的移植范例列表。但是，在實際的開發(fā)項目中，仍然沒有針對項目所采用芯片或開發(fā)工具的合適版本。那么，不妨自己根據(jù)需要進行移植。 本文則以在TMS320C6711 DSP上的移植過程為例，分析了μC/OS-II在嵌入式開發(fā)平臺上進行移植的一般方法和技巧。 μC/OS-II移植的基本步驟 在選定了系統(tǒng)平臺和開發(fā)工具之后，進行μC/OS-II的移植工作，一般需要遵循以下的幾個步驟： ● 深入了解所采用的系統(tǒng)核心 ● 分析所采用的C語言開發(fā)工具的特點 ● 編寫移植代碼 ● 進行移植的測試 ● 針對項目的開發(fā)平臺，封裝服務(wù)函數(shù) （類似80x86版本的PC.C和PC.H） 系統(tǒng)核心 無論項目所采用的系統(tǒng)核心是MCU、DSP、MPU，進行μC/OS-II的移植時，所需要關(guān)注的細(xì)節(jié)都是相近的。 首先，是芯片的中斷處理機制，如何開啟、屏蔽中斷，可否保存前一次中斷狀態(tài)等。還有，芯片是否有軟中斷或是陷阱指令，又是如何觸發(fā)的。 此外，還需關(guān)注系統(tǒng)對于存儲器的使用機制，諸如內(nèi)存的地址空間，堆棧的增長方向，有無批量壓棧的指令等。 在本例中，使用的是TMS320C6711 DSP。這是TI公司6000系列中的一款浮點型號，由于其時鐘頻率非常高，且采用了超常指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)、類RISC指令集、多級流水等技術(shù)，所以運算性能相當(dāng)強大，在通信設(shè)備、圖像處理、醫(yī)療儀器等方面都有著廣泛的應(yīng)用。 在C6711中，中斷有3種類型，即復(fù)位、不可屏蔽中斷（NMI）和可屏蔽中斷（INT4-INT15）。可屏蔽中斷由CSR寄存器控制全局使能，此外也可用IER寄存器分別置位使能。而在C6711中并沒有軟中斷機制，所以μC/OS-II的任務(wù)切換需要編寫一個專門的函數(shù)實現(xiàn)。 此外，C6711也沒有專門的中斷返回指令、批量壓棧指令，所以相應(yīng)的任務(wù)切換代碼均需編程完成。由于采用了類RISC核心，C6711的內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，只有A0-A15和B0-B15這兩組32bit的通用寄存器。 C語言開發(fā)工具 無論所使用的系統(tǒng)核心是什么，C語言開發(fā)工具對于μC/OS-II是必不可少的。 最簡單的信息可以從開發(fā)工具的手冊中查找，比如：C語言各種數(shù)據(jù)類型分別編譯為多少字節(jié)；是否支持嵌入式匯編，格式要求怎樣；是否支持“interrupt”非標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵字聲明的中斷函數(shù)；是否支持匯編代碼列表(list)功能，等等。 上述的這樣一些特性，會給嵌入式的開發(fā)帶來很多便利。TI的C語言開發(fā)工具CCS for C6000就包含上述的所有功能。 而在此基礎(chǔ)上，可以進一步地弄清開發(fā)工具的一些技術(shù)細(xì)節(jié)，以便進行之后真正的移植工作。 首先，開啟C編譯器的“匯編代碼列表(list)”功能，這樣編譯器就會為每個C語言源文件生成其對應(yīng)的匯編代碼文件。 在CCS開發(fā)環(huán)境中的方法是：在菜單“/Project/Build options”的“Feedback”欄中選擇“Interlisting：Opt/C and ASM(-s)”；或者，也可以直接在CCS的C編譯命令行中加上“-s”參數(shù)。 然后分別編寫幾個簡單的函數(shù)進行編譯，比較C源代碼和編譯生成的匯編代碼。例如： void FUNC_TEMP (void) { Func_tmp2(); //調(diào)用任一個函數(shù) } 在CCS中編譯后生成的ASM代碼為： .asg B15, SP // 宏定義 _FUNC_TEMP: STW B3,*SP--(8) // 入棧 NOP 2 CALL _ Func_tmp2 //----------- MVKL BACK, B3 // 函數(shù)調(diào)用 MVKH BACK, B3 //----------- NOP 3 BACK: LDW *++SP(8),B3 // 出棧 NOP 4 RET B3 // 函數(shù)返回 NOP 5 由此可見，在CCS編譯器的規(guī)則中，B15寄存器被用作堆棧指針，使用通用存取指令進行棧操作，而且堆棧指針必須以8字節(jié)為單位改變。 此外，B3寄存器被用來保存函數(shù)調(diào)用時的返回地址，在函數(shù)執(zhí)行之前需要入棧保護，直到函數(shù)返回前再出棧。 當(dāng)然，CCS的C編譯器對于每個通用寄存器都有約定的用途，但對于μC/OS-II的移植來說，了解以上信息就足夠了。 最后，再編寫一個用“interrupt”關(guān)鍵字聲明的函數(shù)： interrupt void ISR_TEMP (void) { int a; a=0; } 生成的ASM代碼為： _ISR_TEMP: STW B4,*SP--(8) // 入棧 NOP 2 ZERO B4 //--------- STW B4,*+SP(4) // a=0 NOP 2 //---------- B IRP // 中斷返回 LDW *++SP(8),B4 // 出棧 NOP 4 與前一段代碼相比，對于中斷函數(shù)的編譯，有兩點不同： ● 函數(shù)的返回地址不再使用B3寄存器，相應(yīng)地也無需將B3入棧。（IRP寄存器能自動保存中斷發(fā)生時的程序地址） ● 編譯器會自動統(tǒng)計中斷函數(shù)所用到的寄存器，從而在中斷一開始將他們?nèi)咳霔１Ｗo——例如上述程序段中，只用到了B4寄存器。 編寫移植代碼 在深入了解了系統(tǒng)核心與開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，真正編寫移植代碼的工作就相對比較簡單了。 μC/OS-II自身的代碼絕大部分都是用ANSI C編寫的，而且代碼的層次結(jié)構(gòu)十分干凈，與平臺相關(guān)的移植代碼僅僅存在于OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及OS_CPU.H這三個文件當(dāng)中。 在移植的時候，結(jié)合前面兩個步驟中已經(jīng)掌握的信息，基本上按照《嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II》一書的相關(guān)章節(jié)的指導(dǎo)來做就可以了。 但是，由于系統(tǒng)核心、開發(fā)工具的千差萬別，在實際項目中，一般都會有一些處理方法上的不同，需要特別注意。以C6711的移植為例： ● 中斷的開啟和屏蔽的兩個宏定義為： #define OS_ENTER_CRITICAL() Disable_int() #define OS_EXIT_CRITICAL() Enable_int() Disable_int和Enable_int是用匯編語言編寫的兩個函數(shù)。在這里使用了控制狀態(tài)寄存器(CSR)的一個特性——CSR中除了控制全局中斷的GIE位之外，還有一個PGIE位，可用于保存之前的GIE狀態(tài)。 因此在Disable_int中先將GIE的值寫入PGIE，然后再將GIE寫0，屏蔽中斷。而在Enable_int中則從PGIE讀出值，寫入GIE，從而回復(fù)到之前的中斷設(shè)置。 這樣，就可以避免使用這兩個宏而意外改變了系統(tǒng)的中斷狀態(tài)——此外，也沒有使用堆棧或局部變量，比原作者推薦的方法要好。 ● 任務(wù)的切換： 前文說過，C6711中沒有軟中斷機制，所以任務(wù)的切換需要用匯編語言自行編寫一個函數(shù)_OSCtxSw來實現(xiàn)，并且 #define OS_TASK_SW() OSCtxSw() 在C6711中需要入棧保護的寄存器包括A0-A15、B0-B15、CSR、IER、IRP和AMR，這些再加上當(dāng)前的程序地址構(gòu)成一個存儲幀，需要入棧保存。 _OSCtxSw函數(shù)中，需要像發(fā)生了一次中斷那樣，將上述存儲幀入棧，然后獲取被激活任務(wù)的TCB指針，將其存儲幀的內(nèi)容彈出，從而完成任務(wù)切換。 需要特別注意的是，在這里OS_TASK_SW是作為函數(shù)調(diào)用的，所以如前文所述，調(diào)用時的當(dāng)前程序地址是保存在B3寄存器中的，這也就是任務(wù)重新激活時的返回地址。 ● 中斷的編寫： 如前文所述，如果用“interrupt”關(guān)鍵字聲明函數(shù)，CCS在編譯時，會自動將該函數(shù)中使用到的寄存器入棧、出棧保護。 但是，這會導(dǎo)致各種中斷發(fā)生時，出入棧的內(nèi)容各不相同。這對于μC/OS-II是會引起嚴(yán)重錯誤的。因為μC/OS-II要求中斷發(fā)生時的入棧操作使用和發(fā)生任務(wù)切換時完全一樣的存儲幀結(jié)構(gòu)。 因此，在移植時、基于μC/OS-II進行開發(fā)時，都不應(yīng)當(dāng)使用“interrupt”關(guān)鍵字，而應(yīng)用如下結(jié)構(gòu)編寫中斷函數(shù)： void OSTickISR (void) { DSP_C6x_Save(); // 服務(wù)函數(shù)，入棧 OSIntEnter(); if (OSIntNesting == 1) // v2.51版本新增加 { OSTCBCur->OSTCBStkPtr =(OS_STK*) DSP_C6x_GetCurrentSP(); // 服務(wù)函數(shù) } // 獲取當(dāng)前SP的值 // 允許中斷嵌套 則在此處開中斷 OSTimeTick(); OSIntExit(); DSP_C6x_Resume(); // 服務(wù)函數(shù)，出棧 } DSP_C6x_Save和DSP_C6x_Resume是兩個服務(wù)函數(shù)，分別完成中斷的出、入棧操作。它們與OS_TASK_SW函數(shù)的區(qū)別在于：中斷發(fā)生時的當(dāng)前程序地址是自動保存在IRP寄存器的，應(yīng)將其作為任務(wù)返回地址，而不再是B3。此外，DSP_C6x_Resume是一個永遠(yuǎn)不會返回的函數(shù)，在將所有內(nèi)容出棧后，它就直接跳轉(zhuǎn)回到中斷發(fā)生前的程序地址處，繼續(xù)執(zhí)行。 進行移植的測試 在編寫完了所有的移植代碼之后，就可以編寫幾個簡單的任務(wù)程序進行測試了，大體上可以分三個步驟來進行，相關(guān)資料比較詳盡，這里就不多作贅述了。 封裝服務(wù)函數(shù) 最后這個步驟，往往是容易被忽視的，但對于保持項目代碼的簡潔、易維護有很重要的意義。 μC/OS-II的原作者強烈建議將源代碼分路徑進行存儲，例如本文例子中的所有源代碼就應(yīng)按如下路徑結(jié)構(gòu)存儲： \uCOS-II ├─SOURCE // 平臺無關(guān)代碼 │ OS_CORE.C │ ...... └─TI_C6711 // 系統(tǒng)核心 ├─CCS // 開發(fā)工具 │ OS_CPU.H │ OS_CPU_A.ASM │ OS_CPU_C.C │ ├─ DSP_C6x_Service // 服務(wù)函數(shù) │ DSP_C6x_ Service.H │ DSP_C6x_ Service.ASM │ └─ TEST // 具體的開發(fā)項目代碼 OS_CFG.H INCLUDES.H TEST.C ...... 如上，DSP_C6x_Service中的服務(wù)函數(shù)，類似于原作者提供的80x86版本中的PC.C和PC.H文件。在本文的例子中，服務(wù)函數(shù)則包括了上文提及的中斷相關(guān)函數(shù)，以及系統(tǒng)初始化函數(shù)DSP_C6x_SystemInit()和時鐘初始化函數(shù)DSP_C6x_TimerInit()等。 而具體的開發(fā)項目代碼，則可以分別在“/TI_C6711”路徑下新建自己的目錄，就如同移植測試的“TEST”項目，而無需再關(guān)注μC/OS-II的源代碼和服務(wù)函數(shù)。 如此，就可以避免不必要的編譯錯誤，也便于開發(fā)項目的維護。 |
