引言
μC／OS-III是一款基于優(yōu)先級調度的搶占式實時內核，Micrium公司于2011年8月公開了μC／OS-III的源碼,，其源碼遵循ANSIC標準,，因而具有良好的移植性，相信其將會被移植到越來越多的處理器體系上,。本文主要完成基于Cortex-M3處理器的μC／OS-III移植,，通過本次移植，加深對嵌入式操作系統(tǒng)原理的理解,。此外,，在μC／OS-III移植成功的基礎上進行嵌入式應用程序開發(fā)，可以把主要精力集中到應用程序上,，而硬件資源交由μC／OS-III管理,，從而使得嵌入式應用程序更易開發(fā)和維護，在嵌入式軟硬件結構變得越來越復雜的今天具有現實意義,。
1 μC／OS-III和Cortex-M3特點
相對以前的版本,，μC／OS-III最大改進之處在于允許多個任務運行于同一優(yōu)先級上，相同優(yōu)先級的任務按時間片輪轉調度,，內核對象的數量不受限制,，以及接近于零的中斷禁用時鐘周期。
Cortex-M3是ARM公司推出的基于ARMv7-M架構的內核,，主要針對高性能,、低成本和低功耗的嵌入式應用。Cortex-M3擁有固定的存儲器映射,，采用更高效的NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller),、更簡單的堆棧以及更高性能的指令集，且NVIC(包括SysTick)的寄存器位置固定,，極大地方便了μC／OS-III的移植及在基丁Cortex-M3內核的處理器之間的遷移,。
2 移植
2．1 移植方案
本文移植μC／OS-III內核的版本為V3．02．00,，其源代碼下載地址見參考文獻。選用意法半導體(ST)公司生產的基于Cortex-M3內核的STM32F103RBT6微控制器作為硬件實驗平臺,，而編譯環(huán)境采用RealViewMDK V3．5,。
Cortex-M3支持兩種特權級別：特權級和用戶級，μC／OS-III內核和用戶代碼都運行于特權級下,。Cortex-M3還支持兩個棧指針MSP和PSP,，μC／OS-III內核和ISR(Interrupt Service Routine)使用MSP，μC／OS-III的任務則使用PSP,。
首先針對Conex-M3處理器的特性編寫與內核,、CPU和BSP(Board Support Package)相關的源代碼，然后創(chuàng)建若干個簡單的用戶任務,，在具體的硬件平臺上測試移植后的μC／OS-III,。
2．2 內核相關
2．2．1 編寫os_cpu．h
os_cpu．h頭文件主要是對上下文切換函數和時間戳獲取函數進行宏定義。μC／OS-III的上下文切換包括兩種類型：任務級上下文切換OS_TASK_SW()和中斷級上下文切換OSIntCtxSw(),。它們使用相同的代碼置位ICSR．PENDSVSET以懸起PendSV異常,，由PendSV的ISR“緩期執(zhí)行”上下文切換。
OS_TS_GET()的作用是獲取當前時間戳,，若使能μC／OS-III的時間戳功能,，則將OS_TS_GET()宏定義為CPU_TS_TmrRd()，否則簡單地宏定義為0,。
2．2．2 編寫os_cpu_a．asm
在os_cpu_a．asm文件中需要用匯編指令實現OSStartHighRdy()函數和PendSV的ISR,。OSStartHighRdy()函數被內核用于調度第一個最高優(yōu)先級的就緒任務，以開始多任務運行環(huán)境,，匯編代碼實現如下：
Cortex-M3支持PendSV異常,，而PendSV異常的典型應用場合就是上下文切換。得益于Cortex-M3的中斷機制,，μC／OS-III上下文切換只需保存和恢復R11～R4,、PSP，而PSR,、PC,、LR、R12,、R3～R0由硬件自動保存和恢復,。PendSV的ISR匯編代碼如下：
2．2．3 編寫os_cpu_c．c
os_cpu_c．c文件包含了OSTaskStkInit()函數和若干鉤子函數。OSTaskStkInit()函數的作用是在創(chuàng)建任務時初始化任務棧,，并返回新的棧頂位置。μC／OS-III基于Cortex-M3的任務棧結構如圖1所示,。其中PSR,、PC,、LR、R1,、R0五個寄存器應賦予正確的初值,，而其他11個寄存器的初值無關重要。
os_cpu_c．c文件中的鉤子函數是μC／OS-III為了擴展用戶功能而定義的,。進行μC／OS-III移植時至少需要定義OSTaskSwHook(),、OSIn itHook()、OSTimeTickHook(),、OSIdleTaskHook(),、OSStatTaskHook()、OSTaskCreateHook(),、OSTaskDelHook(),、OSTaskReturnHook()
八個鉤子函數。為了簡單起見,，本次移植不塒鉤子函數作功能擴展,。
2．3 CPU相關
2．3．1 編寫cpu. h
cpu．h頭文件主要包括對標準數據類型、字長,、棧,、臨界區(qū)的相關定義。標準數據類型與具體的編譯器相關,，需要查閱相應的編譯器手冊,。Cortex-M3字長是32位，則CPU_DATA和CPU_ADDR皆定義為CPU_INT32U類型,。Cortex-M3使用滿降序棧,，棧增長方向應為從高地址到低地址。臨界區(qū)方法選用CPU_CRITICAL_METHOD_STATUS_LOCAL,。
2．3．2 編寫cpu_a．asm
cpu_a．asm文件的最主要部分是臨界區(qū)函數的實現,。根據所選用的臨界區(qū)方法，中斷使能函數CPU_SR_Save()和中斷禁用函數CPU_SR_Res tore()代碼實現如下：
Cortex_M3的指令集提供了CLZ指令,，則可選地使用匯編指令實現CPU_CntLeadZeros()函數,，以加快μC／OS-III調度器查找最高優(yōu)先級的就緒任務的速度，CPU_CntLeadZeros()函數匯編代碼實現如下：
CPU_CntLeadZeros
CLZ R0,，R0
BX LR
2．4 BSP
Cortex-M3內核包含了一個SysTick定時器,，可以用來給μC／OS-III提供系統(tǒng)時鐘節(jié)拍。SysTick初始化和ISR的源代碼實現分別如下：
μC／OS-III新增了時間戳功能,，用于測量中斷禁用時長,、代碼執(zhí)行時長和確定事件發(fā)生時間等。時間戳定時器可以由DWT(Data Watchpo int and Tracc)的時鐘周期計數器CYCCNT充當,，該計數器是一個自由運行的32位遞增計數器,，溢出時自動重載為0,，周而復始。時間戳定時器初始化和讀取函數源代碼實現分別如下：
此外,，本移植過程的BSP還涉及RCC,、GPIO、NVIC和LED／LCD等硬件的初始化函數和驅動程序,。
3 測試
首先不加任何用戶任務來測試移植好的μC／OS-III內核自身運行情況,，待驗證內核正常運行之后，編寫TaskLed1,、TaskLed2,、TaskLe d3、TaskProfile四個任務,，其中前3個任務被賦予相同的優(yōu)先級(本移植是假設使能了μC／OS-III的輪轉調度功能),，實現對3盞LED燈不停地
閃爍；而TaskProfile的功能是在液晶屏上顯示上下文切換次數,。
運行結果如圖2所示,。圖中3盞LED燈不停地閃爍，驗證了μC／OS-III的相同優(yōu)先級任務輪轉調度的特征,；LCD上顯示CtxSwCtr的值一直在增加,，指示不斷發(fā)生上下文切換。系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行5個小時以上沒出現任何問題,，可見本移植是成功的,。
結語
本文主要論述了基于Cortex-M3內核處理器上μC／OS-III的移植過程并給出關鍵代碼，移植后的μC／OS-III能夠穩(wěn)定運行于STM32F103RB T6處理器上,。本移植能通用于大部分Cortex-M3內核的處理器,，并對于將μC／OS-III移植到其他體系結構的處理器上具有參考價值。