μC/OS-II在ARM平臺(tái)上移植的深入探討
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隨著科技的發(fā)展，嵌入式應(yīng)用的復(fù)雜性越來(lái)越高，同時(shí)ARM體系處理器的價(jià)格越來(lái)越低，ARM平臺(tái) + 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的架構(gòu)體系的使用會(huì)越來(lái)越廣泛。有鑒于此，本文對(duì)μC/OS-II在ARM平臺(tái)下的移植進(jìn)行了深入探討。
1 操作系統(tǒng)μC/OS-II及S3C2410開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介
1.1 μC/OS-II簡(jiǎn)介
μC/OS最早出自于1992年美國(guó)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(mén)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(yǔ)言編寫(xiě)。CPU的相關(guān)部分采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，總量在200行左右的匯編語(yǔ)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(shí)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(shuō)μC/OS-II只是一個(gè)實(shí)時(shí)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(shí)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(méi)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(kāi)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(shí)間處理、任務(wù)同步與通信、CPU的移植等5個(gè)部分[1]。
(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(shí)鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。
(2)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。
(3)時(shí)鐘部分(OSTime.c):μC/OS-II中最小的時(shí)鐘單位是timetick（時(shí)鐘節(jié)拍）。任務(wù)延時(shí)等操作在此完成。
(4)任務(wù)同步和通信部分：為事件處理部分，包括信號(hào)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(duì)臨界資源的訪問(wèn)。
(5)與CPU的接口部分：這里是指μC/OS-II針對(duì)所使用的CPU需要改寫(xiě)的部分。由于μC/OS-II是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，其開(kāi)放的源代碼是以X86內(nèi)核為例而編寫(xiě)的，在應(yīng)用到其他處理器平臺(tái)上時(shí)，這部分代碼必須做相應(yīng)的改變。
1.3 ARM硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介
調(diào)試時(shí)所用的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一款基于三星S3C2410A芯片的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。S3C2410開(kāi)發(fā)板是一款通用的ARM9開(kāi)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(kāi)發(fā)板上Flash空間為32 MB，SDRAM容量為128 MB。
2 S3C2410引導(dǎo)程序
開(kāi)發(fā)板原有引導(dǎo)程序由VIVI公司提供，其運(yùn)行過(guò)程分成兩個(gè)階段。第一階段的代碼用匯編語(yǔ)言編程，主要完成以下任務(wù)： (1)初始化CPU速度、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)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(yǔ)言編寫(xiě)，從main（）函數(shù)開(kāi)始,主要工作有:開(kāi)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(dòng)linux內(nèi)核。有大量文章對(duì)此開(kāi)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(kāi)發(fā)板源代碼提供的關(guān)于UART口、LCD和觸摸屏接口程序；時(shí)鐘、內(nèi)存管理等豐富的驅(qū)動(dòng)程序和接口程序，又成功地完成了對(duì)μC/OS-II實(shí)時(shí)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(gè)部分，與處理器無(wú)關(guān)的代碼和與處理器有關(guān)的代碼。移植過(guò)程中需要根據(jù)S3C2410處理器和ADSV1.2開(kāi)發(fā)平臺(tái)（這里特地強(qiáng)調(diào)編譯平臺(tái)的因素，主要考慮到各個(gè)編譯平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)格式的理解略有差別）的特點(diǎn)來(lái)重新編寫(xiě)3個(gè)文件，用C語(yǔ)言編寫(xiě)的OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的OS_CPU_A.ASM，此外，要將S3C2410開(kāi)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(xiě)的，其中的數(shù)據(jù)格式定義與ARM9內(nèi)核以及ADSv1.2開(kāi)發(fā)平臺(tái)不完全相符。OS_CPU.H的移植分為以下4個(gè)部分：
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