摘   要： 介紹了實時操作系統(tǒng)μC/OS-II的特點和內(nèi)核結(jié)構(gòu),，并實現(xiàn)了μC/OS-II在Philips嵌入式處理器LPC2114上的移植。
關(guān)鍵詞： μC/OS-II  LPC2114  移植

　　作為一個實時內(nèi)核,，μC/OS從1992年開始為人們熟悉,，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為μC/OS-II。μC/OS-II最多支持56個任務(wù),，其內(nèi)核為占先式,，即總是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)，并支持Semaphore(信號量),、Mailbox(郵箱),、Message Queue(消息隊列)等多種常用的進程間通信機制。與大多數(shù)商用RTOS不同的是,，μC/OS-II公開其全部源代碼,，并可以免費獲得，對商業(yè)應(yīng)用只收取少量的License費用,。
　　LPC2114是Philips公司開發(fā)的一款支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU,，并嵌入了128KB的高速Flash存儲器。其內(nèi)部集成了與片內(nèi)存儲器控制器接口的ARM7局部總線,、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線（AHB）和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線（VPB,，ARM AMBA總線的兼容超集）。LPC2114將ARM7TDMI-S配置為小端(little-endian)字節(jié)順序,。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行,。
　　將μC/OS-II移植在LPC2119上不僅有益于ARM和μC/OS-II在車用控制器上的應(yīng)用，其成果還可以用于其他嵌入式工業(yè)控制領(lǐng)域,。本次移植中,，使用CodeWarrior For ARM Developer Suite v1.2編譯調(diào)試環(huán)境。
1  μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　圖1為μC/OS-II的軟硬件體系結(jié)構(gòu),。應(yīng)用程序處于整個系統(tǒng)的頂層,，每個任務(wù)都可以認為自己獨占了CPU，因而可以設(shè)計成為一個無限循環(huán),。μC/OS-II處理器無關(guān)的代碼提供了μC/OS-II的系統(tǒng)服務(wù),，應(yīng)用程序可以使用這些API函數(shù)進行內(nèi)存管理、任務(wù)間通信以及創(chuàng)建、刪除任務(wù)等,。

　　大部分μC/OS-II代碼是使用ANSI C語言編寫的,，因此μC/OS-II的可移植性較好。盡管如此,，仍然需要使用C和匯編語言寫一些處理器相關(guān)的代碼,。μC/OS-II的移植需要滿足下列要求：(1)處理器的C編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼。(2)可以使用C調(diào)用進入和退出Critical Code(臨界區(qū)代碼),。(3)處理器必須支持硬件中斷,，并且需要一個定時中斷源。(4)處理器需要能夠容納一定數(shù)據(jù)的硬件堆棧,。(5)處理器需要有能夠在CPU寄存器與內(nèi)存和堆棧交換數(shù)據(jù)的指令,。
　　移植μC/OS-II的主要工作涉及處理器及編譯器相關(guān)代碼以及BSP的編寫。
2  μC/OS-II BSP的編寫
　　BSP(板級支持包)是介于底層硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層次,，它完成系統(tǒng)上電后最初的硬件和軟件初始化,，并對底層硬件進行封裝，使得操作系統(tǒng)不再面對具體的硬件,。
　　為μC/OS-II編寫一個簡單的BSP的方法是：首先設(shè)置CPU內(nèi)部寄存器和系統(tǒng)堆棧,，并初始化堆棧指針，建立程序的運行和調(diào)用環(huán)境,；然后使用C語言設(shè)置LPC2114向量中斷控制器,、GPIO以及SRAM控制器，初始化串口(UART0)作為默認打印口,，并向操作系統(tǒng)提供一些硬件相關(guān)例程和函數(shù)(如dprintf( ))，以方便調(diào)試,；在CPU,、板級和程序自身初始化完成后，就可以把CPU的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)了,。
　　LPC2114處理器支持七種類型的異常,。異常出現(xiàn)后，CPU強制從異常類型對應(yīng)的固定存儲地址開始執(zhí)行程序,，因此需要在程序頭建立起異常向量表,，例如：
　

　　向量從上到下依次為復(fù)位、未定義指令異常,、軟件中斷,、預(yù)取指令中止、預(yù)取數(shù)據(jù)中止,、保留的異常,、IRQ和FIQ。保留的異常向量位置所填的數(shù)據(jù)0xb9205f80是為了使向量表中所有的數(shù)據(jù)32位累加和為0。這個向量在ARM文件中標識為保留,，該位置被Boot裝載程序用作有效的用戶程序關(guān)鍵字,。當向量表中所有的數(shù)據(jù)累加為0（且外部硬件禁止進入ISP程序）時，Boot裝載程序?qū)?zhí)行用戶程序,。
　　從異常向量表可知：芯片復(fù)位時程序會跳轉(zhuǎn)到標號Reset處,。程序首先調(diào)用InitStack初始化各種模式的堆棧，然后調(diào)用TargetResetInit對系統(tǒng)進行基本的初始化,，最后跳轉(zhuǎn)到ADS提供的啟動代碼__main,。例如：
Reset
　　BL InitStack
　　BL TargetResetInit
　　B__main
　　同時在每個硬件時鐘到來后，μC/OS-II會在中斷服務(wù)例程中調(diào)用OSIntCtxSw( )進行任務(wù)調(diào)度,。另外,，當某個任務(wù)因等待資源而被掛起時，它可以自己主動放棄CPU,，而沒有必要等到自己的時間片全都用完,。這可以通過調(diào)用一個任務(wù)級的任務(wù)調(diào)度函數(shù)OSCtxSw( )來實現(xiàn)，其中相對復(fù)雜的是OSIntCtxSw( ),。由于OSLickISR( )調(diào)用了 OSIntExit( ),，OSIntExit( )又再次調(diào)用了OSIntCtxSw( )，如果進行任務(wù)切換,，則二次調(diào)用都不會返回,，而不同的C編譯器、不同的編譯選項處理C調(diào)用時對堆棧的使用也不盡相同,。因此OSIntCtxSw( )是與編譯器相關(guān)的,。在ADS編譯環(huán)境下，OSIntCtxSw的軟件流程如圖2所示,。

3  μC/OS-II 任務(wù)堆棧初始化
　　μC/OS-II中每個任務(wù)都有自己的任務(wù)堆棧,。在任務(wù)創(chuàng)建初期由OSTaskStkInit( )初始化。初始化堆棧的目的就是模擬一次中斷,。任務(wù)堆棧中保存了任務(wù)代碼的起始地址和一些CPU寄存器(初值是無關(guān)緊要的),，這樣一旦條件滿足，就可以執(zhí)行任務(wù)了,。LPC2114在中斷發(fā)生時,，會自動保存程序指針PC、狀態(tài)寄存器SR以及其他一些信息,。圖3為針對LPC2114編程結(jié)構(gòu)設(shè)計的堆棧結(jié)構(gòu),。

　　本次移植的函數(shù)OSTaskStkInt( )代碼為：

4  μC/OS-II系統(tǒng)時鐘管理
　　μC/OS-II需要在系統(tǒng)初始化時開始一個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍，它是OS系統(tǒng)的時間基準,。該時鐘節(jié)拍一般由時間中斷產(chǎn)生,。LPC2114中可產(chǎn)生時鐘節(jié)拍的模塊很多，本次移植采用定時器0異常。因為它與外部中斷使用不同的異常向量,，便于對異常事件的管理,，有利于提高OS的穩(wěn)定性。32位定時器TC的計數(shù)頻率由plck經(jīng)過PR分頻控制得到,，而定時器的啟動/停止,、計數(shù)復(fù)位由TCR控制。當有捕獲事件或比較匹配事件發(fā)生時,，IR會設(shè)置相關(guān)的中斷標志,，若已打開中斷允許，則會產(chǎn)生中斷,。
　　本次移植設(shè)置系統(tǒng)時鐘頻率為11.0592MHz,，代碼在時鐘初始化和每次進入定時器0異常時，將定時器0的計數(shù)器PWMTC設(shè)置為11.0592M/OS_TICKS_PER_SEC,，這樣可使OS每秒鐘產(chǎn)生OS_TICKS_PER_SEC的時鐘節(jié)拍,。
5  應(yīng)用方法
　　在使用移植后的OS時，用戶需要編寫自己的主程序main( ),，其流程圖如圖4,。在適當?shù)某跏蓟蠹纯蓡覱S。

　　另外,，用戶需在TaskStart任務(wù)中啟動時鐘節(jié)拍,，調(diào)用OS_StartInit( )函數(shù)初始化統(tǒng)計任務(wù)，創(chuàng)建所需的其他任務(wù),，最后調(diào)用OSTaskDel( )函數(shù)刪除TaskStart任務(wù),。OS在該函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，會自動允許異常和中斷,，OS正常運轉(zhuǎn),，不斷調(diào)度任務(wù)，響應(yīng)中斷,。
參考文獻
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     Books，1999
2   周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實戰(zhàn).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,，2003
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