O 引言

目前，市場以及院?？蒲杏们度胧较到y(tǒng)產(chǎn)品，如Vxworks，Linux和Windows CE等都已經(jīng)相當(dāng)成熟，提供了有力的開發(fā)和調(diào)試工具，但有些開發(fā)成本昂貴，周期較長，而μC/OS-Ⅱ是一種多任務(wù)實時源代碼的公開操作系統(tǒng)，內(nèi)核精簡，移植性較強，非常適合用于一些小型控制和實驗系統(tǒng)的開發(fā)。

1 操作系統(tǒng)及CPU介紹

μC/OS-Ⅱ是基于優(yōu)先級的占先式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，包含有任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)間同步通信(信號量，郵箱，消息隊列)和內(nèi)存管理等功能。絕大部分代碼用C語言寫成，極少部分與處理器密切相關(guān)的代碼用匯編語言編寫，便于移植。作為一個源代碼公開的實時操作系統(tǒng)，最多可以管理64個任務(wù)，并支持信號量、郵箱、消息隊列等多種進程間的通信機制，同時用戶可以根據(jù)需求對內(nèi)核中的功能模塊進行裁剪。

LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的嵌入式精簡指令集微控制器，包含了1個支持仿真的ARM7TDMI-SCPU，適用于為了各種目的而需要進行串行通信的應(yīng)用。該體系機構(gòu)支持用戶、軟中斷、中斷、管理、中止、未定義、系統(tǒng)等7種處理器模式，ARM7TDMI-S處理器內(nèi)部有31個通用32位寄存器，6個狀態(tài)寄存器。LPC2378包含了1個10/100 EthernetMAC，USB 2.0全速接口，4個UART接口，2路CAN通道，1個SPI接口，2個同步串行端口(SSP)，3個I2C接口，1個I2S接口和 MiniBus(MiniBus僅用于LPC2378，它是8位數(shù)據(jù)/16位地址并行的總線)。下面以μC/OS-Ⅱ在工業(yè)級芯片LPC2378上的移植為例，通過分析操作系統(tǒng)內(nèi)核來介紹μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)移植的一般方法和過程及相關(guān)問題的解決。

2 μC/OS-Ⅱ內(nèi)核結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 內(nèi)核基本結(jié)構(gòu)

圖1是接近μC/OS-Ⅱ的簡單內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)核保留給上層應(yīng)用的接口有3個，分別是軟保護、ITC和DSR。由于μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內(nèi)核是可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核，因此最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的使用權(quán)。如果是中斷服務(wù)子程序使一個高優(yōu)先級的任務(wù)進入就緒態(tài)，則中斷完成時，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級高的任務(wù)開始運行。

2.2 μC/OS-Ⅱ內(nèi)核基本工作原理

多任務(wù)系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配CPU，并且負(fù)責(zé)各任務(wù)之間的通信和協(xié)同，任務(wù)切換是內(nèi)核提供的基本服務(wù)。μC/OS-Ⅱ多任務(wù)操作系統(tǒng)的基本工作原理如下：

(1)在使用μC/OS-Ⅱ的所有服務(wù)之前，必須調(diào)用初始化函數(shù)OSInit()，初始化所有的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時創(chuàng)建空閑任務(wù) OSTaskIdle()，并賦予最低的優(yōu)先級別和永遠(yuǎn)的就緒態(tài)，同時完成任務(wù)控制塊(TCB)的初始化、TCB優(yōu)先級表的初始化、TCB鏈表的初始化和事件控制塊(ECB)鏈表的初始化。

(2)調(diào)用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()創(chuàng)建至少一個新任務(wù)，并給任務(wù)賦予一定的優(yōu)先級，而且它們有各自的一套CPU寄存器和自己的?？臻g。

(3)調(diào)用OSSTART()函數(shù)，通過從任務(wù)就緒表中找出用戶建立的優(yōu)先級別最高的任務(wù)控制塊，然后開始多任務(wù)調(diào)度。

3 μC/OS-Ⅱ在LPC2378上的移植過程及相關(guān)問題分析

現(xiàn)以LPC2378微控制器上的移植為例，分析μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)移植的一般方法，所采用的開發(fā)環(huán)境為ARM公司的集成開發(fā)環(huán)境ADS1.2。

3.1 移植代碼

(1)μC/OS-Ⅱ與CPU類型無關(guān)的代碼有μC/OS-Ⅱ.H，μC/OS- Ⅱ.C，OS_CORE.C，OS_TASK.C，OS_TIME.C，OS_SEM.C，OS_MBOX.- C，OS_MUTEX.C，OS_FLAG.C，也就是說這些文件可以不用修改就直接添加。

(2)μC/OS-Ⅱ與CPU類型有關(guān)的代碼有OSCPU.H，OS_CPU_A.ASM，OS_CPU_C.C，也就是說用戶需要根據(jù)所選CPU的類型將這些函數(shù)進行修改后才能添加入內(nèi)核。

3.2 OS_CPU.H文件的定義與修改

OS_CPU.H文件定義了與編譯器及CPU相關(guān)的數(shù)據(jù)類型、堆棧的寬度和增長方式以及開關(guān)中斷的宏定義。由于微處理器和微控制器所支持的堆棧增長方式不同，這里需要根據(jù)所選芯片LPC2378支持的類型對宏OS_STK_GRWOTH進行定義，由于ARM7 TD-MI-S內(nèi)核堆棧支持從上往下的生長方式，所以應(yīng)做如下定義：

#define OS_STK_GROWTH 1 //堆棧是從上往下長的OS_CPU.H文件中另外3個宏 OS_CRITICAL_METHOD，OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()用于定義開關(guān)中斷的方式及開關(guān)中斷的實現(xiàn)。通過調(diào)用開關(guān)中斷2個宏來保護臨界代碼如下：

3.3 OS_CPU_C.C文件中主要函數(shù)的定義及編寫

OS_CPU_C.C中要求用戶編寫10個簡單的函數(shù)：

結(jié)合要移植的CPU內(nèi)核的硬件和寄存器特性，簡要對任務(wù)堆棧初始化函數(shù)進行分析和創(chuàng)建：

其他9個函數(shù)必須聲明，但并不一定包含任務(wù)代碼。

3.4 μC/OS-Ⅱ的移植

μC/OS-Ⅱ的移植，還要求編寫4個簡單的匯編語言函數(shù);即OSStartHighRdy()，OSintCtxSw()，OSTIckISR()，OSCtxSw()。

3.4.1 函數(shù)OSStart()調(diào)用OSStartHighRdy()

函數(shù)OSStart()用于調(diào)用OSStartHighRdy()，以使使就緒態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)開始運行：

3.4.2 時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序

μC/OS-Ⅱ要求用戶提供一個周期性的時鐘源，以實現(xiàn)時間延遲和超時確認(rèn)功能，時鐘節(jié)拍每秒發(fā)生10～100次。必須在開始多任務(wù)后，啟動時鐘節(jié)拍中斷，但由于Osatart()函數(shù)不會返回，用戶無法實現(xiàn)這一操作，所以可以在OSStart()運行之后，μC/OS啟動的第1個任務(wù)中初始化節(jié)拍中斷?；贚PC2378移植下OSTicklSR()的簡易代碼編寫如下：