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2007-9-2 13:28:33
uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)移植
操作系統(tǒng)的移植指的是使實時系統(tǒng)的內(nèi)核能在微處理器上運行。uC/OS-II應(yīng)移植到所使用的CPU上，然后才能得到應(yīng)用。在uC/OS-II的移植中，處理器必須滿足一下一些要求：
l 處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼
l 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷
l 用C語言就可以開/關(guān)中斷
l 處理器能支持一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲硬件堆棧
l 處理器有將堆棧指針以及其他CPU寄存器的內(nèi)容讀出，并存儲到堆?；騼?nèi)存中去的指令
實際上，uC/OS-II可以簡單地看作是一個多任務(wù)調(diào)度器，在這個任務(wù)調(diào)度器上添加了與多任務(wù)操作系統(tǒng)相關(guān)的一些系統(tǒng)服務(wù)，如信號量、郵箱等。其90％的代碼是用C語言寫的，可以直接移植到有C語言編譯器的處理器上。移植主要都集中在多任務(wù)切換的實現(xiàn)上，因為這部分代碼用來保存和恢復(fù)CPU現(xiàn)場(即寫／讀相關(guān)寄存器)，不能用C語言，只能使用匯編語言完成，即編寫OS_CPU_A.S文件。另外還需要修改與ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的OS_CPU.H文件和用戶規(guī)定任務(wù)棧初始化結(jié)構(gòu)的OS_CPU_C.C文件。uC/OS-II的移植工作相對來說還是很容易的，具體的移植過程如下：
INCLUDES.H是一個主頭文件，本身與移植過程無關(guān)，不過因為每一個uC/OS-II的C文件都要用到它，故在此簡介一下。INCLUDES.H包含程序中主要的三個頭文件，分別是：OS_CPU.H，OS_CFG.H，UCOS_II.H。它使得工程項目中的每個C文件無需考慮它實際上需要哪些頭文件，增強了可讀性。另外也可以重新編輯此文件添加用戶自己定義的頭文件。
這個頭文件包括了用#define語句定義的與處理器相關(guān)的常數(shù)/宏以及類型等，其中包括臨界段代碼宏定義：OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRITICAL( )，并可以提供三種辦法開關(guān)中斷。具體代碼如下：
#include "arm.h"
#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif
typedef unsigned char BOOLEAN; /**/
typedef unsigned char INT8U;
typedef signed char INT8S;
typedef unsigned short INT16U;
typedef signed short INT16S;
typedef unsigned long INT32U;
typedef signed long INT32S;
typedef float FP32;
typedef double FP64;
typedef unsigned int OS_STK;
typedef unsigned int OS_CPU_SR;
#define BYTE INT8S
#define UBYTE INT8U
#define WORD INT16S
#define UWORD INT16U
#define LONG INT32S
#define ULONG INT32U
#define OS_CRITICAL_METHOD 1 /**/
#if OS_CRITICAL_METHOD == 1
#define OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt1() /* Disable interrupts*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() ARMEnableInt1() /* Enable interrupts*/
#endif
#if OS_CRITICAL_METHOD == 2
#define OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt2() /* Disable interrupts*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() ARMEnableInt2() /* Enable interrupts*/
#endif
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
#define OS_ENTER_CRITICAL() ARMDisableInt3() /* Disable interrupts*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() ARMEnableInt3() /* Enable interrupts*/
#endif
/* , */
#define OS_STK_GROWTH 1
#define OS_TASK_SW() OSTaskSw()
#ifdef SEMIHOSTED
#define OS_IDLE_STK_SIZE (64+SEMIHOSTED_STACK_NEEDS)
#else
#define OS_IDLE_STK_SIZE 64
#endif
/* */
extern void OSTaskSw(void);
extern void OSIntCtxSw(void);
extern void ARMDisableInt1(void);
extern void ARMEnableInt1(void);
extern void ARMDisableInt2(void);
extern void ARMEnableInt2(void);
extern void ARMDisableInt3(void);
extern void ARMEnableInt3(void);
extern void OSTickISR(void);
extern void SP_Compensate(void);
移植首先包括一系列數(shù)據(jù)類型的定義，以適應(yīng)不同微處理器的字長。uC/OS-II的代碼中不使用C語言的short，int等數(shù)據(jù)類型，因為這些數(shù)據(jù)類型是與處理器相關(guān)，不可移植的。程序代碼中定義的數(shù)據(jù)類型字長應(yīng)根據(jù)處理器C編譯器規(guī)定的數(shù)據(jù)類型字長而定。上面的數(shù)據(jù)類型移植是根據(jù)ADS編譯器對C語言各類型的字長要求定義的。其中，OS_STK是任務(wù)堆棧數(shù)據(jù)類型，在ARM中它是32位的，OS_CPU_SR是CPU狀態(tài)寄存器寬度，它也是32位的。
OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRITICAL( )是用來設(shè)置臨界段代碼的函數(shù)。OS_ENTER_CRITICAL( )使系統(tǒng)進(jìn)入臨界段，這時要求系統(tǒng)內(nèi)核先關(guān)閉中斷，再處置臨界段代碼，保護(hù)臨界段代碼不受多任務(wù)或中斷服務(wù)子程序破壞。推出臨界段時調(diào)用OS_EXIT_CRITICAL( )，系統(tǒng)重新開中斷，進(jìn)行正常任務(wù)調(diào)度。通常以上兩個函數(shù)可以用3種方法實現(xiàn)，OS_CPU_H中定義了一個OS_CRITICAL_METHOD常數(shù)，用來選擇函數(shù)實現(xiàn)的方法。常數(shù)值為1時，采用最簡單的方法，OS_ENTER_CRITICAL( )中直接調(diào)用處理器指令關(guān)閉中斷，OS_EXIT_CRITICAL( )調(diào)用相應(yīng)處理器指令開中斷（詳細(xì)的代碼在os_cpu_a.s文件中定義）。這樣做存在一個問題：如果調(diào)用函數(shù)時系統(tǒng)禁止中斷，那當(dāng)臨界段代碼執(zhí)行完畢后系統(tǒng)中斷會變成允許了。常數(shù)值為2時，執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL( )時會先將中斷狀態(tài)保存到堆棧中，然后關(guān)中斷，執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL( )時從堆棧中恢復(fù)原來的中斷狀態(tài)。這樣做解決了方法1中存在的問題。常數(shù)值為3時需要多定義一個cpu_sr的局部變量，用于某些能直接得到當(dāng)前處理器狀態(tài)字的編譯器中，保存狀態(tài)字，用來恢復(fù)PSW。由于應(yīng)用簡單，方法1，2已經(jīng)足夠，所以本文中沒有實現(xiàn)方法3的具體代碼，而使方法3和方法2實現(xiàn)的代碼一致。這里可以以后再擴(kuò)充。
OS_STK_GROWTH常數(shù)定義了堆棧的方向，值為0時表示堆棧從下往上遞增，為1時表示堆棧從上往下遞減。本次移植中的堆棧結(jié)構(gòu)使用從上往下遞減方式，故此宏的值定義為1。OS_TASK_SW( )是一個宏，是在uC/OS-II從低優(yōu)先級切換到高優(yōu)先級任務(wù)時用到的，此處定義成任務(wù)調(diào)度函數(shù)OSTaskSw( )，實現(xiàn)從低優(yōu)先級任務(wù)切換到高優(yōu)先級任務(wù)的工作。
本文件要求用戶編寫10個簡單函數(shù)，其中必要的函數(shù)是OSTaskStkInit( )，其它函數(shù)只要聲明即可。代碼如下：
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
unsigned int *stk ;
opt = opt; /* */
stk = (unsigned int *)ptos; /**/
/* */
*--stk = (unsigned int) task; /* lr */
*--stk = 0; /* r12 */
*--stk = 0; /* r11 */
*--stk = 0; /* r10 */
*--stk = 0; /* r9 */
*--stk = 0; /* r8 */
*--stk = 0; /* r7 */
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