摘要：介紹源代碼公開的實時操作系統(tǒng)μC／OS-II的特點,、內(nèi)核結(jié)構(gòu)及ADSP—BF53l的硬件特征,，同時給出將μC／0S-II移植到ADSP-BF531型數(shù)字信號處理器上的詳細步驟和關(guān)鍵代碼。

    關(guān)鍵詞：RTOS,；μC／OS-II,；ADSP-BF53l；移植

引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛,，對人們的生活產(chǎn)生了巨大的影響。通常,，嵌入式系統(tǒng)的軟件部分都應(yīng)用了實時操作系統(tǒng)(簡稱RTOS),，在特定的RTOS之上開發(fā)應(yīng)用軟件，可以讓程序開發(fā)人員屏蔽掉許多底層硬件細節(jié),，提高軟件功能設(shè)計效率,，簡化開發(fā)難度，同時使得程序調(diào)試方便,，移植簡單,，易維護，大大縮短開發(fā)周期,，RTOS也因此越來越受到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的青睞,。目前實時操作系統(tǒng)很多，如VxWorks,、Windows CE,、pSOS等，但這些軟件的價格和使用成本(版權(quán)費,、維護費等)都十分昂貴,，因此商業(yè)級RTOS軟件在使用上受到諸多的限制,。而μC／OS-II則不同,，它的源代碼是全部公開的，并且完全免費,，是一個自由操作系統(tǒng),，程序開發(fā)人員可以改寫其中的源代碼使之符合自己的要求。由于其極強的可移植性和可裁減性,，用戶可以根據(jù)自己的需要，裁剪掉不需要的部分，使操作系統(tǒng)變得小巧靈活,，同時又能夠滿足用戶特定操作系統(tǒng)的需要,。μC／OS-II的可靠性完全可以與商業(yè)級RTOS軟件相媲美，因此筆者在移植過程中選用了這一實時操作系統(tǒng)。

1 ADSP—BF531的硬件特征

Blackfin系列中的ADSP—BF531型數(shù)字信號處理器是由ADl和Intel公司合作,，針對音頻和視頻信號的編解碼,、手持設(shè)備和移動通信設(shè)備而研發(fā)的16位定點處理器，是建立在微信號架構(gòu)基礎(chǔ)之上,，集高性能數(shù)字信號處理器與微控制器于一身,。ADSP-BF53l的內(nèi)核工作頻率最高可達400MHz，處理器內(nèi)核中包含2個16位MAC,、2個40位ALU及4個8位ALU,。專門用于視頻信號的處理；還集成了許多片上外設(shè),，包括硬件UART,、SPI接口、PPI接口,、同步串口,、

看門狗電路、16個GPIO接口等,。為了達到降低功耗的目的,，該處理器具有多種工作模式，同時通過編程還可以動態(tài)改變處理器內(nèi)核的工作頻率和電壓．這些特性都為手持設(shè)備提供了絕佳的選擇,。用戶可以利用ADI公司提供的VisualDSP++3.0(或更高版本)集成開發(fā)環(huán)境對處理器進行編程,、調(diào)試和開發(fā)。

2 實時操作系統(tǒng)介紹

μC／OS-II是一種專門為微處理器設(shè)計的占先式實時多任務(wù)操作系統(tǒng),，具有源代碼公開,、可移植性和可裁減性強、代碼可固化,、穩(wěn)定性和可靠性高等特點,。其內(nèi)核主要提供任務(wù)管理、內(nèi)存管理,、時間管理等服務(wù),，系統(tǒng)最多可以支持64個任務(wù)(8個留于系統(tǒng))，每個任務(wù)均有自己獨立的優(yōu)先級,。由于內(nèi)核為占先式的,，因此總是運行優(yōu)先級最高的任務(wù)。系統(tǒng)提供了豐富的函數(shù)可供調(diào)用,，實現(xiàn)任務(wù)間的通信和切換,。μ／OS-II的大部分代碼都是使用標準的A-NIS C編寫的．只有與處理器相關(guān)的一部分代碼使用匯編語言．因此具有極強的移植性，在大多數(shù)8位,、16位和32位處理器上都能穩(wěn)定的運行,。

圖1示出μC／OS-II的軟硬件體系結(jié)構(gòu),。從圖中可以看出，要實現(xiàn)μC／OS-II的移植,，必須為其編寫OS_CPU.H,、0S_CPU_C．C和OS_CPU_A.ASM 3個文件，這3個文件都與處理器的硬件特性相關(guān),，提供任務(wù)切換和系統(tǒng)時鐘功能,。其余源文件的代碼都是公開的，可以直接從μC／OS-II的官方網(wǎng)站下載,。

3對編譯器的要求

雖然μC／OS-II具有很強的移植性,，但在移植時，對處理器的編譯器有如下幾點要求：

處理器的C編譯器能夠產(chǎn)生可重人代碼,；

用C語言可以打開和關(guān)閉中斷,；

處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時中斷,；

處理器能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧,；

處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲到堆棧空間或內(nèi)存中的指令,。

ADSP-BF531型處理器的集成開發(fā)環(huán)境Visu-al++3.0通過關(guān)鍵字asm能在C代碼中嵌入?yún)R編語言,，同時內(nèi)核定時器可以為系統(tǒng)提供定時中斷，總數(shù)量達20kbyte的片上數(shù)據(jù)RAM和SP,、FP,、USP 3個堆棧指針寄存器為操作系統(tǒng)各任務(wù)提供了豐富的硬件堆棧空間及對堆棧的方便操作,。筆者正是在這些基礎(chǔ)上利用Visual++3.0編譯環(huán)境成功地完成了對ADSP-BF531處理器的μC／OS-II移植,。

4 移植μJLC／OS-II

4.1重定義OS_CPIJ．H文件

4.1.1與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型

不同的處理器有不同的字長，μC／OS-II不使用C的short,、int,、long等與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型，而是重新定義了一系列類型以確保系統(tǒng)的可移植性,，在系統(tǒng)移植時必須在OS_CPU．H頭文件中對這些數(shù)據(jù)類型重新定義,，具體內(nèi)容如下：

typedef unsigned char BOOLEAN

typedef unsigned char INT8U

typedef signed char INT8S

typedef unsigned short INTl6U

typedef signed short INTl6S

typedef unsigned int INT32U

typedef signed int INT32S

μC／OS-II中的指針根據(jù)處理器堆棧數(shù)據(jù)入口寬度定義為OS_STK類型：

typedef unsigned int OS_STK

4.1.2臨界代碼

RTOS在進入系統(tǒng)臨界區(qū)之前都必須先關(guān)中斷，退出后再開中斷,，μC／OS-II定義了2個宏指令來關(guān)閉／打開中斷：

#define OS_ENTER_CRITICAL0

asm(“cli％O：”：”=d”(InterrupLach))

#define OS_EXIT_CRITICAL()

asm(“sti％0：”：：”=d”(InterrupLaeh))

其中InterrupLaeh為一全局變量,，用于開關(guān)中斷時

IMASK寄存器內(nèi)容的恢復(fù)和保存,。

4.1.3堆棧增長方向設(shè)定

在OS CPU．H頭文件中還必須根據(jù)處理器堆棧的增長方向?qū)S_STK_GROWTH進行宏定義,，由于ADSP-BF531是按照由高地址到低地址的結(jié)構(gòu)組織處理器堆棧，因此宏定義如下：

#define OS_STK_GROWTH 1

4.1.4 OS_TASK_SW0宏定義

OS_TASK_SW0在μC／OS-II從低優(yōu)先級任務(wù)切換到高優(yōu)先級任務(wù)時被調(diào)用,，定義如下：

#define OS_TASK_sw() asm(“raise 13,；”)

4.2編寫OS_CPU_C．C文件

μC／OS-lI的移植要求用戶在OS_CPU_C．C文件中編寫6個簡單的C函數(shù)，其中主要是完成OS-TaskStkInit ()，其余5個函數(shù)可以不作處理,。OS-TaskStkInit()負責任務(wù)堆棧的初始化,，使得任務(wù)堆棧看起來就像剛發(fā)生過中斷并將所有的寄存器保存到堆棧中的情形一樣,。不同的編譯器在函數(shù)調(diào)用時有不同的入棧方法,，因此在具體實現(xiàn)時必須根據(jù)處理器的編譯環(huán)境進行調(diào)整。VisualDSP++3.0在函數(shù)調(diào)用時的堆棧結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

OSTaskStkInit()調(diào)用時需要傳遞任務(wù)代碼起始地址(task),、用戶參數(shù)指針(pdata)、任務(wù)堆棧頂端的地址(堆棧棧頂指針ptos),、返回參數(shù)為新任務(wù)堆棧棧頂指針,，函數(shù)原型如下：

void OSTaskStkInit()

{OS_STK*stk；

stk=(void *)ptos,；

opt=opt,；

*stk--=fINT32U)pdata；／／用戶數(shù)據(jù)區(qū)

*stk--=fINT32U)(task),；／／RETI寄存器

*stk--=fINT32U)ptos,；／／FP寄存器

(由于需要入棧的寄存器數(shù)量比較多，限于篇幅,，在此省略其中多數(shù))

*stk--=fINT32U)0,； ／／SEQSq、AT寄存器

*stk--=fINT32U)0,；／／ASTAT寄存器

retum((void*)stk),；}

任務(wù)建立時調(diào)用該函數(shù)對新建任務(wù)的堆棧進行初始化，初始化后的堆棧結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

4.3編寫OS_CPU_A．ASM文件

μC／OS-II移植的最后還需要用戶編寫4個重要的匯編函數(shù),，包括OSStartHighRdy()、OSCtxSw(),、OSIntCtxSw()及OSTickISR(),。分別介紹如下：

4.3.1 OSStartltighRdy()函數(shù)

該函數(shù)由OSStart()調(diào)用，用以運行優(yōu)先級最高的就緒任務(wù),，其運行過程：調(diào)用用戶定義的OS-TaskSwHook()數(shù)→獲取任務(wù)堆棧指針→置位全局

變量0SRunning 出棧CPU寄存器 中斷返回,。在ADSP-BF531中的實現(xiàn)如下：

_OSStartHighRdy：

call_OSTaskSwHook；

p0.1=_OSTCBHighRdy,；

p0.h=_0STCBHighRdy,；

pl=[p0]；

ssync,；

sp=[p1],；

p0.1=_OSRunning,；

p0.h=_OSRunning；

r0=TRUE,；

[p0]=r0;

ASTAT=[sp++],；

SEQSTAT=[sp++]；

FP =[sp++],；

RETI=[sp++,；

rti；

4.3.2 OSCtxSw()函數(shù)

實時操作系統(tǒng)內(nèi)任務(wù)級的切換是通過處理器的軟中斷實現(xiàn)的,，并且軟中斷服務(wù)例程的向量地址必須指向OSCtxSw()函數(shù),，因此該函數(shù)的匯編程序代碼如下：

_OSCtxSw：

[--sp]=RETI；

[--sp]=FP,；

[--sp]=SEQTAT,；

[--sp]=ASTAT；

p0.1=_OSTCBCur,；

p0.h=_OSTCBCur,；

pl=[p0]；

ssync,；

[pl]=sp,；

call_OSTaskSwHook；

p0.1 =_OSPrioHighRdy,；

p0.h=_OSPrioHighRdy,；

r0=[p0]；

p0.1=_0SPrioCur,；

p0.h=_OSPrioCur,；

[p0]=r0；

p0.1=_OSTCBHighRdy,；

p0.h=_OSTCBHighRdy,；

pl=[p0]；

rO=[p0],；

ssync,；

sp=[p1]；

p0.1=_OSTCBCur,；

p0.h=_OSTCBCur,；

[p0]：r0； ,、

ASTAT=[sp++],；

SEQSTAT=[sp++]；

FP：[SP++],；

RETI=[sp++],；

rti；

4.3.3 OSIntCtxSw()函數(shù)

OSIntCtxSw()用于實現(xiàn)中斷級任務(wù)切換,，由于該函數(shù)在中斷服務(wù)程序中調(diào)用,，因此在函數(shù)代碼中不需要寄存器入棧，但堆棧結(jié)構(gòu)中還包含了一些用戶不需要的函數(shù)調(diào)用返回地址,，因此該函數(shù)必須在最初清理堆棧(調(diào)整堆棧指針的位置),，其匯編程序代碼如下：

_OSIntCtxSw：

p0=20；

sp=sp+p0,；

p0.1=_OSTCBCur,；

p0.h=_OSTCBCur；

pl=[p0],；

ssync,；

[p1]=sp；

call_OSTaskSwHook,；

p0.1=_OSPrioHighRdy,；

p0.h=_OSPrioHighRdy；

r0=[p0],；

p0.1=_OSPrioCur,；

p0.h=_OSPfioCur；

[po]=10,；

p0.1=_OSTCBHighRdy,；

p0.h=_OSTCBHighRdy；

pl=[p0],；

r0=[p0],；

ssync；

sp=[p1],；

p0.1=_OSTCBCur,；

p0.h=_0STCBCur；

[po】=r0,；

ASTAT=[sp++],；

SEQSTAT=[sp++]；

FP =[sp++],；

RETI=[sp++],；

rti；

4.3.4 OSTicklSR()函數(shù)

μ,C／OS-II要求用戶提供一個時鐘資源來實現(xiàn)時間的延時和期滿功能,。筆者在移植過程中使用內(nèi)核定時器產(chǎn)生時鐘節(jié)拍,，并通過定時器中斷服務(wù)例程OSTickISR0實現(xiàn)任務(wù)切換等功能，該函數(shù)的匯編程序代碼如下：

_OSTicklSR：

[--sp】=RETI,；

[--sp]=FP,；

[--sp]=SEQTAT,；

[--sp]=ASTAT；

call_OSIntEnter,；

call_OSTimeTick,；

call_OSIntExit；

ASTAT=[sp++],；

SEQSTAT=[sp++],；

FP =[sp++]；

RETI=[sp++],；

rti,；

4.4程序下載及調(diào)試

完成以上文件的修改和編寫之后。就可在Vi-sualDSP++3．0環(huán)境中對所有的源文件進行編譯和連接,，生成處理器可執(zhí)行的．dxe文件,，通過JTAG直接下載到處理器內(nèi)核的程序區(qū)運行。由于VisualD-SP++3．0提供了強大的調(diào)試功能,，用戶能夠很清楚地了解μC／OS--II在處理器內(nèi)的運行情況,，這無疑也對μC／OS-Ⅱ向ADSP—BF531移植提供了強大的支持。

5 結(jié)束語

詳細介紹了向ADSP—BF531型處理器移植μC／OS-II實時操作系統(tǒng)的步驟和與處理器相關(guān)函數(shù)的代碼編寫,，并成功地進行移植,。通過測試，實時操作系統(tǒng)各任務(wù)之間的調(diào)用,、中斷處理,、任務(wù)之間的通信等都能夠穩(wěn)定的運行。μC／OS-II實時操作系統(tǒng)的使用,。將程序員從冗繁的流程圖中解放出來,，使得應(yīng)用程序的設(shè)計過程大大簡化，并且程序的可讀性,、擴展性,、可靠性也得到了很大的改善。

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關(guān)于μC/OS-II系列軟件版權(quán)的說明

Micrium 公司產(chǎn)品包括μC/OS-II,，μC/GUI,，uC/FS，μC/TCP-IP,，μC/USB等,。Micrium 公司提供嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用方面的產(chǎn)品，并對其軟件擁有知識產(chǎn)權(quán),。Micrium花費了大量的時間和財力為嵌入式領(lǐng)域提供高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品,。所有上述產(chǎn)品都以源代碼的形式提供給客戶，具有極大的適用性。產(chǎn)品不是免費軟件,，也不是開放源碼的軟件,，因此，不能免費使用,，需要清楚的闡明μC/OS-II和系列的軟件不是開放源碼的免費軟件,，這是和Linux完全不一樣的。

開發(fā)和研究者可以通過購買Micrium公司的Jean先生的μC/OS-II的書籍,，而得到μC/OS-II源代碼,但是僅可以作為個人和學(xué)校學(xué)習(xí)使用,，所有和μC/OS-II直接和間接相關(guān)的商業(yè)目的行為,，必須購買使用μC/OS-II及系列產(chǎn)品的商業(yè)授權(quán),，包括芯片/單板/系統(tǒng)廠家的任何參考設(shè)計，教學(xué)設(shè)備和最終的產(chǎn)品,，如果沒有得到Micrium公司Jean先生簽字的合法授權(quán)都是不合法的使用, 這在μC/OS-II的書籍Micrium公司(www.micrium.com)和中國代理商-北京麥克泰軟件公司網(wǎng)站（www.bmrtech.com）上面中有明確規(guī)定,。

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