五、ucos-II的移植-智能嵌入技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐-佟國(guó)香-清華大學(xué)出版社

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)——ARM與C/OS-Ⅱ第五講實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)C/OS-Ⅱ的移植移植：程序或應(yīng)用軟件從一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)移動(dòng)另一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，其功能、結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)果保持不變。移植的目的：1、硬件平臺(tái)的升級(jí)2、實(shí)現(xiàn)軟件重用3、實(shí)現(xiàn)軟件/硬件并行設(shè)計(jì)移植的要求：1、移植對(duì)象具有硬件無(wú)關(guān)性2、移植對(duì)象具有系統(tǒng)無(wú)關(guān)性3、移植對(duì)象采用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言編程一、移植的概念和目的二、嵌入式操作系統(tǒng)的移植——μC/OS-IIμC/OS-II的軟硬件體系結(jié)構(gòu)μC/OS-II的移植需要滿足的要求μC/OS-II移植的主要工作BSP的概念及應(yīng)用2.1μC/OS-II的軟硬件體系結(jié)構(gòu)

2.2μC/OS-II的移植需要滿足以下要求（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(jìn)入和退出CriticalCode(臨界區(qū)代碼)；（3）處理器必須支持硬件中斷，并且需要一個(gè)定時(shí)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。

打開(kāi)/關(guān)閉中斷在

COS-II中，可以通過(guò)：OS_ENTER_CRITICAL()OS_EXIT_CRITICAL()宏來(lái)控制系統(tǒng)關(guān)閉或者打開(kāi)中斷。這需要處理器的支持。在處理器上，可以設(shè)置相應(yīng)的寄存器來(lái)關(guān)閉或者打開(kāi)系統(tǒng)的所有中斷。處理器支持中斷并且

能產(chǎn)生定時(shí)中斷

COS-II是通過(guò)處理器產(chǎn)生的定時(shí)器的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)之間的調(diào)度的。CortexM3可以產(chǎn)生定時(shí)器中斷。本系統(tǒng)工作在80MHz的主頻下，PCLK0=PCLK1=PCLK2=40MHz.定時(shí)器的中斷的頻率為50Hz。也就是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為20ms。處理器支持硬件堆棧

COS-II進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的時(shí)候，會(huì)把當(dāng)前任務(wù)的CPU寄存器存放到此任務(wù)的堆棧中，然后，再?gòu)牧硪粋€(gè)任務(wù)的堆棧中恢復(fù)原來(lái)的工作寄存器，繼續(xù)運(yùn)行另一個(gè)任務(wù)。所以，寄存器的入棧和出棧是

COS-II多任務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)。處理器中有專(zhuān)門(mén)的指令處理堆棧，可以靈活的使用堆棧。移植

COS-II滿足的條件處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼在程序中可以打開(kāi)或者關(guān)閉中斷處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷（通常在10—1000Hz之間）本系統(tǒng)選擇50Hz。處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器存儲(chǔ)和讀出到堆棧（或者內(nèi)存）的指令2.3μC/OS-II移植的主要工作處理器和編譯器相關(guān)代碼μC/OS-II的BSP的編寫(xiě)

移植文件及目錄示例可以采用如下目錄結(jié)構(gòu)存放移植的文件：所有的移植實(shí)例放在用戶硬盤(pán)的\SOFTWARE\μCOS-Ⅱ目錄下。各個(gè)微處理器或微控制器的移植源代碼必須在以下兩個(gè)或三個(gè)文件中找到：OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM。匯編語(yǔ)言文件OS_CPU_A.ASM是可選擇的，因?yàn)槟承〤編譯器允許用戶在C語(yǔ)言中插入?yún)R編語(yǔ)言，所以用戶可以將所需的匯編語(yǔ)言代碼直接放到OS_CPU_C.C中。放置移植實(shí)例的目錄決定于用戶所用的處理器，例如在下面的表中所示的放置不同移植實(shí)例的目錄結(jié)構(gòu)。注意，各個(gè)目錄雖然針對(duì)完全不同的目標(biāo)處理器，但都包括了相同的文件名。Intel/AMD80186\SOFTWARE\uCOS-II\Ix86S\OS_CPU.H\OS_CPU_A.ASM\OS_CPU_C.C\SOFTWARE\uCOS-II\Ix86L\OS_CPU.H\OS_CPU_A.ASM\OS_CPU_C.CMotorola68HC11\SOFTWARE\uCOS-II\68HC11\OS_CPU.H\OS_CPU_A.ASM\OS_CPU_C.C

COS-II在ARM7上的移植 所謂移植，是指使一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在某個(gè)微處理器平臺(tái)上運(yùn)行。

COS-II的主要代碼都是由標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言寫(xiě)成的，移植方便。但仍需要用C和匯編語(yǔ)言寫(xiě)一些與處理器相關(guān)的代碼，這是因?yàn)棣藽/OS-Ⅱ在讀寫(xiě)處理器寄存器時(shí)只能通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。移植工作uC/OS-II實(shí)際上可以簡(jiǎn)單地看作是一個(gè)多任務(wù)的調(diào)度器，在這個(gè)任務(wù)調(diào)度器之上完善并添加了和多任務(wù)操作系統(tǒng)相關(guān)的一些系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、郵箱等。它的90%的代碼都是用C語(yǔ)言寫(xiě)的，因此只要有相應(yīng)的C語(yǔ)言編譯器，基本上就可以直接移植到特定處理器上，這也是uC/OS-II具有良好的可移植性的原因。移植工作的絕大部分都集中在多任務(wù)切換的實(shí)現(xiàn)上，因?yàn)檫@部分代碼主要是用來(lái)保存和恢復(fù)處理器現(xiàn)場(chǎng)（即相關(guān)寄存器），因此不能用C語(yǔ)言，只能使用特定的處理器匯編語(yǔ)言完成。uC/OS-II的全部源代碼量大約是6000－7000行，一共有15個(gè)文件。將uC/OS-II移植到ARM處理器上，需要完成的工作也非常簡(jiǎn)單，只需要修改三個(gè)和ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件，代碼量大約是500行。移植工作 如果處理器和編譯器滿足了μC/OS-Ⅱ的要求，并且已經(jīng)有了必要工具。移植工作包括以下幾個(gè)內(nèi)容：（1）用#define設(shè)置一些常量的值(OS_CPU.H)（2）聲明10個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型(OS_CPU.H)（3）用#define聲明三個(gè)宏(OS_CPU.H)（4）用C語(yǔ)言編寫(xiě)六個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)(OS_CPU_C.C)（5）編寫(xiě)四個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)(OS_CPU_A.ASM)1、OS_CPU.H

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型定義

這部分的修改是和所用的編譯器相關(guān)的，不同的編譯器會(huì)使用不同的字節(jié)長(zhǎng)度來(lái)表示同一數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如int，同樣在x86平臺(tái)上，如果用GNU的gcc編譯器，則編譯為4bytes，而使用MSVC＋＋則編譯為2bytes。我們這里使用的是GNU的arm-elf-gcc，這是一個(gè)免費(fèi)并且開(kāi)放源碼的編譯器。相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型的定義如下：程序清單 OS_CPU.H.#ifdefOS_CPU_GLOBALS#defineOS_CPU_EXT#else#defineOS_CPU_EXTextern#endif1、OS_CPU.H

/**************數(shù)據(jù)類(lèi)型*****************************(與編譯器相關(guān))**/***************************************************typedefunsignedcharBOOLEAN;typedefunsignedcharINT8U;/*無(wú)符號(hào)8位整數(shù)*/typedefsignedcharINT8S;/*有符號(hào)8位整數(shù)*/typedefunsignedintINT16U;/*無(wú)符號(hào)16位整數(shù)*/typedefsignedintINT16S;/*有符號(hào)16位整數(shù)*/typedefunsignedlongINT32U;/*無(wú)符號(hào)32位整數(shù)*/typedefsignedlongINT32S;/*有符號(hào)32位整數(shù)*/typedeffloatFP32;/*單精度浮點(diǎn)數(shù)*/typedefdoubleFP64;/*雙精度浮點(diǎn)數(shù)*/1、OS_CPU.H

堆棧單位

因?yàn)樘幚砥鳜F(xiàn)場(chǎng)的寄存器在任務(wù)切換時(shí)都將會(huì)保存在當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的堆棧中，所以O(shè)S_STK數(shù)據(jù)類(lèi)型應(yīng)該是和處理器的寄存器長(zhǎng)度一致的。typedefunsignedintOS_STK;/*堆棧入口寬度為16位*/堆棧增長(zhǎng)方向

堆棧由高地址向低地址增長(zhǎng)，這個(gè)也是和編譯器有關(guān)的，當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)，入口參數(shù)和返回地址一般都會(huì)保存在當(dāng)前任務(wù)的堆棧中，編譯器的編譯選項(xiàng)和由此生成的堆棧指令就會(huì)決定堆棧的增長(zhǎng)方向。#defineOS_STK_GROWTH1/*定義堆棧的增長(zhǎng)方向 ：1=向下,0=向上*/1、OS_CPU.H

（2）宏定義 包括開(kāi)關(guān)中斷的宏定義，以及進(jìn)行任務(wù)切換的宏定義。/****************與處理器相關(guān)的代碼*******************/#defineOS_ENTER_CRITICAL()???/*禁止中斷*/#defineOS_EXIT_CRITICAL()???/*允許中斷*/#defineOS_TASK_SW()??? 1、OS_CPU.H

OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()

方法1 執(zhí)行這兩個(gè)宏的第一個(gè)也是最簡(jiǎn)單的方法是在OS_ENTER_CRITICAL()中調(diào)用處理器指令來(lái)禁止中斷，以及在OS_EXIT_CRITICAL()中調(diào)用允許中斷指令。1、OS_CPU.H

缺點(diǎn)：如果在禁止中斷的情況下調(diào)用μC/OS-Ⅱ函數(shù)，從μC/OS-Ⅱ函數(shù)返回的時(shí)候要求中斷狀態(tài)還是禁止時(shí)的狀態(tài)。在這種情況下，這種執(zhí)行方法可能是不夠的。方法2 執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL()的第二個(gè)方法是先將中斷禁止?fàn)顟B(tài)保存到堆棧中，然后禁止中斷。而執(zhí)行OS_EXIT_CRITICAL()的時(shí)候只是從堆棧中恢復(fù)中斷狀態(tài)。如果用這個(gè)方法的話，不管用戶是在中斷禁止還是允許的情況下調(diào)用μC/OS-Ⅱ服務(wù)，在整個(gè)調(diào)用過(guò)程中都不會(huì)改變中斷狀態(tài)。1、OS_CPU.H

舉例：方法１：#defineOS_ENTER_CRITICAL()asmCLI#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmSTI CLI和SCI指令都會(huì)在兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)被馬上執(zhí)行(總共為四個(gè)周期)。為了保持中斷狀態(tài)，用戶需要用下面的方法來(lái)執(zhí)行宏：1、OS_CPU.H

方法２：#defineOS_ENTER_CRITICAL()asmPUSHF;CLI#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmPOPF 在這種情況下，OS_ENTER_CRITICAL()需要12個(gè)時(shí)鐘周期，而OS_EXIT_CRITICAL()需要另外的8個(gè)時(shí)鐘周期(總共有20個(gè)周期)。1、OS_CPU.H

(3)OS_STK_GROWTH 絕大多數(shù)的微處理器和微控制器的堆棧是從上往下長(zhǎng)的。但是某些處理器是用另外一種方式工作的。μC/OS-Ⅱ被設(shè)計(jì)成兩種情況都可以處理，只要在結(jié)構(gòu)常量OS_STK_GROWTH中指定堆棧的生長(zhǎng)方式(如下所示)就可以了 置OS_STK_GROWTH為0表示堆棧從下往上長(zhǎng)。 置OS_STK_GROWTH為1表示堆棧從上往下長(zhǎng)。1、OS_CPU.H

(4)OS_TASK_SW() OS_TASK_SW()是一個(gè)宏，它是在μC/OS-Ⅱ從低優(yōu)先級(jí)任務(wù)切換到最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)時(shí)被調(diào)用的。OS_TASK_SW()總是在任務(wù)級(jí)代碼中被調(diào)用的。另一個(gè)函數(shù)OSIntExit()被用來(lái)在ISR使得更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)處于就緒狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行任務(wù)切換功能。任務(wù)切換只是簡(jiǎn)單的將處理器寄存器保存到將被掛起的任務(wù)的堆棧中，并將更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)從堆棧中恢復(fù)出來(lái)。#defineOS_TASK_SW()OSCtxSw()２、OS_CPU_C.C

２、OS_CPU_C.C

μC/OS-Ⅱ的移植實(shí)例要求用戶編寫(xiě)六個(gè)簡(jiǎn)單的C函數(shù)： OSTaskStkInit() OSTaskCreateHook() OSTaskDelHook() OSTaskSwHook() OSTaskStatHook() OSTimeTickHook() 唯一必要的函數(shù)是OSTaskStkInit()，其它五個(gè)函數(shù)必須聲明但沒(méi)必要包含代碼。２、OS_CPU_C.C

任務(wù)堆棧初始化

這里涉及到任務(wù)初始化時(shí)的一個(gè)堆棧設(shè)計(jì)，也就是在堆棧增長(zhǎng)方向上如何定義每個(gè)需要保存的寄存器位置，在ARM體系結(jié)構(gòu)下，任務(wù)堆?？臻g由高至低依次將保存著pc、lr、r12、r11、r10、…r1、r0、CPSR、SPSR。低地址pc lr R12 R11 … ... R1 R0 CPSR SPSR 增長(zhǎng)方向高地址２、OS_CPU_C.C

２、OS_CPU_C.C

這里需要說(shuō)明兩點(diǎn)：一是當(dāng)前任務(wù)堆棧初始化完成后，OSTaskStkInit返回新的堆棧指針stk，在OSTaskCreate（）執(zhí)行時(shí)將會(huì)調(diào)用OSTaskStkInit的初始化過(guò)程，然后通過(guò)OSTCBInit（）函數(shù)調(diào)用，將返回的sp指針保存到該任務(wù)的TCB塊中。二是初始狀態(tài)的堆棧其實(shí)是模擬了一次中斷發(fā)生后的堆棧結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿蝿?wù)被創(chuàng)建后并不是直接就獲得執(zhí)行的，而是通過(guò)OSSched（）函數(shù)進(jìn)行調(diào)度分配，滿足執(zhí)行條件后才能獲得執(zhí)行的。為了使這個(gè)調(diào)度簡(jiǎn)單一致，就預(yù)先將該任務(wù)的pc指針和返回地址lr都指向函數(shù)入口，以便被調(diào)度時(shí)從堆棧中恢復(fù)剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)的處理器現(xiàn)場(chǎng)。２、OS_CPU_C.C

系統(tǒng)hook函數(shù)

此外，在這個(gè)文件里面還需要實(shí)現(xiàn)幾個(gè)操作系統(tǒng)規(guī)定的hook函數(shù)，如下：OSSTaskCreateHook()OSTaskDelHook()OSTaskSwHook()OSTaskStatHook()OSTimeTickHook() 如果沒(méi)有特殊需求，則只需要簡(jiǎn)單地將它們都實(shí)現(xiàn)為空函數(shù)就可以了。3、OS_CPU_A.ASM

μC/OS-Ⅱ的移植實(shí)例要求用戶編寫(xiě)四個(gè)簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言函數(shù)： OSStartHighRdy() OSCtxSw() OSIntCtxSw() OSTickISR() 如果用戶的編譯器支持插入?yún)R編語(yǔ)言代碼的話，用戶就可以將所有與處理器相關(guān)的代碼放到OS_CPU_C.C文件中，而不必再擁有一些分散的匯編語(yǔ)言文件。3、OS_CPU_A.ASM

(1)OSStartHighRdy()

此函數(shù)是在OSStart（）多任務(wù)啟動(dòng)之后，負(fù)責(zé)從最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的TCB控制塊中獲得該任務(wù)的堆棧指針sp，通過(guò)sp依次將cpu現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)，這時(shí)系統(tǒng)就將控制權(quán)交給用戶創(chuàng)建的該任務(wù)進(jìn)程，直到該任務(wù)被阻塞或者被其他更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占cpu。該函數(shù)僅僅在多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)被執(zhí)行一次，用來(lái)啟動(dòng)第一個(gè)，也就是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)執(zhí)行，之后多任務(wù)的調(diào)度和切換就是由OSCtxSw（）函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3、OS_CPU_A.ASM

voidOSStartHighRdy(void){CalluserdefinableOSTaskSwHook();Getthestackpointerofthetasktoresume:Stackpointer=OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;OSRunning=TRUE;Restoreallprocessorregistersfromthenewtask'sstack;Executeareturnfrominterruptinstruction;} OSStartHighRdy()必須調(diào)用OSTaskSwHook()，OSTaskSwHook()可以通過(guò)檢查OSRunning來(lái)知道是OSStartHighRdy()在調(diào)用它(OSRunning為FALSE)還是正常的任務(wù)切換在調(diào)用它(OSRunning為T(mén)RUE).3、OS_CPU_A.ASM

(2)OSCtxSw()

任務(wù)級(jí)的上下文切換，它是當(dāng)任務(wù)因?yàn)楸蛔枞鲃?dòng)請(qǐng)求cpu調(diào)度時(shí)被執(zhí)行，由于此時(shí)的任務(wù)切換都是在非異常模式下進(jìn)行的，因此區(qū)別于中斷級(jí)別的任務(wù)切換。它的工作是先將當(dāng)前任務(wù)的cpu現(xiàn)場(chǎng)保存到該任務(wù)堆棧中，然后獲得最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的堆棧指針，從該堆棧中恢復(fù)此任務(wù)的cpu現(xiàn)場(chǎng)，使之繼續(xù)執(zhí)行。這樣就完成了一次任務(wù)切換。3、OS_CPU_A.ASM

voidOSCtxSw(void){

保存處理器寄存器;

將當(dāng)前任務(wù)的堆棧指針保存到當(dāng)前任務(wù)的OS_TCB中:OSTCBCur->OSTCBStkPtr=Stackpointer;

調(diào)用用戶定義的OSTaskSwHook();OSTCBCur=OSTCBHighRdy; OSPrioCur=OSPrioHighRdy;得到需要恢復(fù)的任務(wù)的堆棧指針:Stackpointer=OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;

將所有處理器寄存器從新任務(wù)的堆棧中恢復(fù)出來(lái);

執(zhí)行中斷返回指令;}3、OS_CPU_A.ASM

(3)OSIntCtxSw()

中斷級(jí)的任務(wù)切換，它是在時(shí)鐘中斷ISR（中斷服務(wù)例程）中發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級(jí)任務(wù)等待的時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，則需要在中斷退出后并不返回被中斷任務(wù)，而是直接調(diào)度就緒的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行。這樣做的目的主要是能夠盡快地讓高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)得到響應(yīng)，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。它的原理基本上與任務(wù)級(jí)的切換相同，但是由于進(jìn)入中斷時(shí)已經(jīng)保存過(guò)了被中斷任務(wù)的cpu現(xiàn)場(chǎng)，因此這里就不用再進(jìn)行類(lèi)似的操作，只需要對(duì)堆棧指針做相應(yīng)的調(diào)整。3、OS_CPU_A.ASM

voidOSIntCtxSw(void){

調(diào)整堆棧指針來(lái)去掉在調(diào)用：OSIntExit(),OSIntCtxSw()過(guò)程中壓入堆棧的多余內(nèi)容;

將當(dāng)前任務(wù)堆棧指針保存到當(dāng)前任務(wù)的OS_TCB中:OSTCBCur->OSTCBStkPtr=堆棧指針;

調(diào)用用戶定義的OSTaskSwHook();OSTCBCur=OSTCBHighRdy;OSPrioCur=OSPrioHighRdy;

得到需要恢復(fù)的任務(wù)的堆棧指針:

堆棧指針=OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;

將所有處理器寄存器從新任務(wù)的堆棧中恢復(fù)出來(lái);

執(zhí)行中斷返回指令;}3、OS_CPU_A.ASM

(4)OSTickISR()

時(shí)鐘中斷處理函數(shù)，它的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)處理時(shí)鐘中斷，調(diào)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的OSTimeTick函數(shù)，如果有等待時(shí)鐘信號(hào)的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，則需要在中斷級(jí)別上調(diào)度其執(zhí)行。其他相關(guān)的兩個(gè)函數(shù)是OSIntEnter（）和OSIntExit（），都需要在ISR中執(zhí)行。 用戶必須在開(kāi)始多任務(wù)調(diào)度后(即調(diào)用OSStart()后)允許時(shí)鐘節(jié)拍中斷。3、OS_CPU_A.ASM

3、OS_CPU_A.ASM

voidOSTickISR(void){保存處理器寄存器;調(diào)用OSIntEnter()或者直接將OSIntNesting加1;調(diào)用OSTimeTick();調(diào)用OSIntExit();恢復(fù)處理器寄存器;執(zhí)行中斷返回指令;}（5）ARMEnableInt（）&ARMDisableInt（） 分別是退出臨界區(qū)和進(jìn)入臨界區(qū)的宏指令實(shí)現(xiàn)。主要用于在進(jìn)入臨界區(qū)之前關(guān)閉中斷，在退出臨界區(qū)的時(shí)候恢復(fù)原來(lái)的中斷狀態(tài)。它的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，可以采用方法1直接開(kāi)關(guān)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用方法2通過(guò)保存關(guān)閉/恢復(fù)中斷屏蔽位來(lái)實(shí)現(xiàn)。例：C/OS-II在S3C44B0X上的移植設(shè)置OS_CPU.H中與處理器和編譯器相關(guān)的代碼用C語(yǔ)言編寫(xiě)六個(gè)操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)（OS_CPU_C.C）用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)四個(gè)與處理器相關(guān)的函數(shù)（OS_CPU.ASM）設(shè)置與處理器和編譯器相關(guān)的代碼OS_CPU.H中定義了與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。比如：INT8U、INT8S等。與ARM處理器相關(guān)的代碼，使用OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()宏開(kāi)啟／關(guān)閉中斷設(shè)施堆棧的增長(zhǎng)方向：堆棧由高地址向低地址增長(zhǎng)用C語(yǔ)言編寫(xiě)六個(gè)操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)void*OSTaskStkInit(void(*task)(void*pd),void*pdata,void*ptos,INT16Uopt)voidOSTaskCreateHook(OS_TCB*ptcb)voidOSTaskDelHook(OS_TCB*ptcb)voidOSTaskSwHook(void)voidOSTaskStatHook(void)voidOSTimeTickHook(void)后5個(gè)函數(shù)為鉤子函數(shù)，可以不加代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)四個(gè)

與處理器相關(guān)的函數(shù)OSStartHighRdy()OSCtxSw()OSIntCtxSw()OSTickISR()關(guān)于移植相對(duì)于其他的嵌入式操作系統(tǒng)，uCOS-II的移植雖然是一個(gè)很簡(jiǎn)單的過(guò)程，但是，對(duì)于不熟悉uCOS-II的開(kāi)發(fā)者，移植還是有一定難度的。2.4μC/OS-IIBSP編寫(xiě)

BSP（板級(jí)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(duì)底層硬件進(jìn)行封裝，使得操作系統(tǒng)不再面對(duì)具體的操作。BSP的特點(diǎn)：硬件相關(guān)性：因?yàn)榍度胧綄?shí)時(shí)系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，所以，作為高層軟件與硬件之間的接口，BSP必須為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。操作系統(tǒng)相關(guān)性：不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。BSP的功能操作系統(tǒng)初始化A、片級(jí)初始化B、板級(jí)初始化C、系統(tǒng)級(jí)初始化硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序嵌入式系統(tǒng)初始化過(guò)程及BSP功能系統(tǒng)調(diào)用通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與BSP的關(guān)系設(shè)計(jì)BSP的方法一、以典型的BSP做為參考二、參照操作系統(tǒng)或芯片廠商提供的BSP模板μC/OS-II

BSPforARMμC/OS-II編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的BSP。它首先設(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(yùn)行和調(diào)用環(huán)境；然后可以方便地使用C語(yǔ)言設(shè)置ARM片選地址（CS0～CS7）、GPIO以及SDRAM控制器，初始化串口（UART0）作為默認(rèn)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(jí)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

二、向嵌入式平臺(tái)移植軟件

大部分嵌入式開(kāi)發(fā)人員選用的軟件開(kāi)發(fā)模式是先在PC機(jī)上編寫(xiě)軟件，再進(jìn)行軟件的移植工作。在PC機(jī)上編寫(xiě)軟件時(shí)，要注意軟件的可移植性。1、選用具有較高移植性的編程語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）2、盡量少調(diào)用操作系統(tǒng)函數(shù)3、注意屏蔽不同硬件平臺(tái)帶來(lái)的字節(jié)順序、字節(jié)對(duì)齊等問(wèn)題。

字節(jié)順序

字節(jié)順序是指占內(nèi)存多于一個(gè)字節(jié)類(lèi)型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序，通常有小端、大端兩種字節(jié)順序。 （1）小端字節(jié)序：指低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存高地址處； （2）大端字節(jié)序：是高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。 基于X86平臺(tái)的PC機(jī)是小端字節(jié)序的，而有的嵌入式平臺(tái)則是大端字節(jié)序的。因而對(duì)int、uint16、uint32等多于1字節(jié)類(lèi)型的數(shù)據(jù)，在這些嵌入式平臺(tái)上應(yīng)該變換其存儲(chǔ)順序。

字節(jié)對(duì)齊[1]有的嵌入式處理器的尋址方式?jīng)Q定了：在內(nèi)存中占2字節(jié)的int16、uint16等類(lèi)型數(shù)據(jù)只能存放在偶數(shù)內(nèi)存地址處，占4字節(jié)的int32、uint32等類(lèi)型數(shù)據(jù)只能存放在4的整數(shù)倍的內(nèi)存地址處；占8字節(jié)的類(lèi)型數(shù)據(jù)只能存放在8的整數(shù)倍的內(nèi)存地址處；而在內(nèi)存中只占1字節(jié)的類(lèi)型數(shù)據(jù)可以存放在任意地址處。

字節(jié)對(duì)齊[1]由于這些限制，在這些平臺(tái)上編程時(shí)有很大的不同。首先，結(jié)構(gòu)體成員之間會(huì)有空洞，比如這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)：

typedefstructtest{

chara;

uint16b;

}TEST

字節(jié)對(duì)齊[2]對(duì)于結(jié)構(gòu)TEST：在單字節(jié)對(duì)齊的平臺(tái)上占內(nèi)存三個(gè)字節(jié)，而在以上所述的嵌入式平臺(tái)上有可能占三個(gè)或四個(gè)字節(jié)，視成員a的存儲(chǔ)地址而定。

字節(jié)對(duì)齊[2]當(dāng)a存儲(chǔ)地址為奇數(shù)時(shí)，該結(jié)構(gòu)占三個(gè)字節(jié)，在a與b之間不存在一個(gè)字節(jié)的空洞。當(dāng)a存儲(chǔ)地址為偶數(shù)時(shí)，該結(jié)構(gòu)占四個(gè)字節(jié)，在a與b之間存在一個(gè)字節(jié)的空洞。對(duì)于通信雙方都是對(duì)結(jié)構(gòu)成員操作的，這種情況不會(huì)出錯(cuò)，但如果有一方是逐字節(jié)讀取內(nèi)容的（通信協(xié)議大都如此），就會(huì)錯(cuò)誤地讀到其它字節(jié)的內(nèi)容。

字節(jié)對(duì)齊[2]其次，若對(duì)內(nèi)存中數(shù)據(jù)以強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換的方式讀取，字節(jié)對(duì)齊的不同會(huì)引起數(shù)據(jù)讀取的錯(cuò)誤。因?yàn)椋海?）假如指針指在奇數(shù)內(nèi)存地址處，（2）我們想取得占內(nèi)存兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存放在uint16型的變量中，則：強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換的結(jié)果是取得了該指針?biāo)傅刂放c第一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，第二個(gè)數(shù)據(jù)沒(méi)有被讀取。

位

段

由于位段的空間分配方向因硬件平臺(tái)的不同而不同（1）對(duì)X86平臺(tái)，位段是從右向左分配的；（2）而一些嵌入式平臺(tái)，位段是從左向右分配的。則： 分配順序的不同導(dǎo)致了數(shù)據(jù)存取的錯(cuò)誤。解決這一問(wèn)題的一種方法

是采用條件編譯的方式，針對(duì)不同的平臺(tái)定義順序不同的位段；也可以在前面所述的兩個(gè)函數(shù)中加上對(duì)位段的處理。

代碼優(yōu)化的問(wèn)題嵌入式系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用軟件的質(zhì)量要求更高，因而在嵌入式開(kāi)發(fā)中尤其須注意對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，盡可能地提高代碼的效率，減少代碼的大小。雖然現(xiàn)代C和C++編譯器都提供了一定程度的代碼優(yōu)化，但大部分由編譯器執(zhí)行的優(yōu)化技術(shù)僅涉及執(zhí)行速度和代碼大小的平衡，不可能使程序既快又小因而必須在編寫(xiě)嵌入式軟件時(shí)采取必要的措施。

（1）提高代碼的效率

①switch-case語(yǔ)句。在程序中經(jīng)常會(huì)使用switch-case語(yǔ)句，每一個(gè)由機(jī)器語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的測(cè)試和跳轉(zhuǎn)僅僅是為了決定下一步要做什么，就浪費(fèi)了處理器時(shí)間。為了提高速度，可以把具體的情況按照它們發(fā)生的相對(duì)頻率排序。即把最可能發(fā)生的情況放在第一，最不可能發(fā)生的情況放在最后，這樣會(huì)減少平均的代碼執(zhí)行時(shí)間。

②

全局變量。使用全局變量比向函數(shù)傳遞參數(shù)更加有效率，這樣做去除了函數(shù)調(diào)用前參數(shù)入棧和函數(shù)完成后參數(shù)出棧的需要。當(dāng)然，使用全局變量會(huì)對(duì)程序有一些負(fù)作用。

（2）減小代碼的大小

嵌入式系統(tǒng)編程應(yīng)避免使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)例程，因?yàn)楹芏啻蟮膸?kù)例程設(shè)法處理所有可能的情況，所以占用了龐大的內(nèi)存空間，因而應(yīng)盡可能地減少使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)例程。

（3）避免內(nèi)存泄漏

用戶內(nèi)存空間（堆）為RAM中全局?jǐn)?shù)據(jù)和任務(wù)堆?？臻g都分配后的剩余空間，為了使程序能有足夠的內(nèi)存運(yùn)行，必須在申請(qǐng)的內(nèi)存不用后及時(shí)地將其釋放，以確保再次申請(qǐng)時(shí)能有空間。如果程序中存在內(nèi)存泄漏（即申請(qǐng)內(nèi)存后沒(méi)有及時(shí)釋放）的情況，程序最終會(huì)因?yàn)闆](méi)有足夠的內(nèi)存空間而無(wú)法運(yùn)行。

ucos-II在FM3上的移植開(kāi)發(fā)板開(kāi)發(fā)板資源（1）微控制器MB9BF506R2xUART通道(母頭DB9接口)2x高速CAN通道(2針接插件)1xUSB主機(jī)接口(Type-AUSB接口)1xUSB設(shè)備接口(Type-BUSB接口)32Mx8bitNandFlash(K9F5608U0D)高精度I2C接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(RX-8025T)開(kāi)發(fā)板資源（2）128x64點(diǎn)陣LCD3個(gè)用戶LED4個(gè)用戶按鍵、1個(gè)復(fù)位鍵1個(gè)電位計(jì)(可以調(diào)節(jié)AD輸入電壓)120針的測(cè)試焊盤(pán)(MCU所有引腳)5V和3V供電的電壓選擇支持USB，JTAG和外部15V電源供電板上標(biāo)準(zhǔn)20針JTAG接口支持IAR和Keil的調(diào)試工具ucos-II軟硬件相關(guān)架構(gòu)ucos-II在FM3上的移植三個(gè)處理器相關(guān)的代碼：用#define設(shè)置1個(gè)常數(shù)、聲明10個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型、用#define定義3個(gè)宏(OS_CPU.H)編寫(xiě)5個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)(OS_CPU_A.ASM)編寫(xiě)2個(gè)c函數(shù)(OS_CPU_C.C)修改OS_CPU.H設(shè)置一個(gè)常量/*StackgrowsfromHIGHtoLOWmemoryonARM*/#defineOS_STK_GROWTH1修改OS_CPU.H聲明10個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型typedefunsignedcharBOOLEAN;typedefunsignedcharINT8U;/*Unsigned8bitquantity*/typedefsignedcharINT8S;/*Signed8bitquantity*/typedefunsignedshortINT16U;/*Unsigned16bitquantity*/typedefsignedshortINT16S;/*Signed16bitquantity*/typedefunsignedintINT32U;/*Unsigned32bitquantity*/typedefsignedintINT32S;/*Signed32bitquantity*/(1)typedeffloatFP32;/*Singleprecisionfloatingpoint*/typedefdoubleFP64;/*Doubleprecisionfloatingpoint*/typedefunsignedintOS_STK;/*Eachstackentryis32-bitwide*/(2)typedefunsignedintOS_CPU_SR;/*DefinesizeofCPUstatusregister(PSR=32bits)*/(3)修改OS_CPU.H(1)因?yàn)锳RMCotex-M3是32位微處理器，所以定義unsignedshort和signedshort為INT16S和INT16U,定義int和signedint為INT32U和INT32S.(2)因?yàn)槲⑻幚砥鞫褩Ｊ?2位結(jié)構(gòu)，因此定義OS_STK的類(lèi)型為unsignedint(3)因?yàn)镃PU狀態(tài)寄存器是32位，所以定義OS_CPU_SR為unsignedint類(lèi)型修改OS_CPU.H定義3個(gè)宏#defineOS_CRITICAL_METHOD3#ifOS_CRITICAL_METHOD==3#defineOS_ENTER_CRITICAL(){cpu_sr=OS_CPU_SR_Save();}#defineOS_EXIT_CRITICAL(){OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}(1)#endif#defineOS_TASK_SW()OSCtxSw()(2)修改OS_CPU.H(1)為隱藏編譯器相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法，μC/OS-II定義了兩個(gè)開(kāi)關(guān)中斷的宏:OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL().方法3是采用中斷狀態(tài)預(yù)處理的方法開(kāi)關(guān)中斷。通常在本地變量'cpu_sr'中保存中斷禁止標(biāo)志的狀態(tài)，然后通過(guò)拷貝'cpu_sr到CPU狀態(tài)寄存器來(lái)控制中斷管理.(2)μC/OS-II在任務(wù)切換時(shí)需要從就緒任務(wù)的堆棧中恢復(fù)所有的微處理器寄存器，然后執(zhí)行中斷返回指令。因此，為實(shí)現(xiàn)上下文切換，需要編寫(xiě)OS_TASK_SW()函數(shù)以模擬一次中斷的發(fā)生，OS_TASK_SW()定義為OSCtxSw，OSCtxSw是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼，在軟件中斷中調(diào)用。修改OS_CPU_A.ASM需要編寫(xiě)5個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)OSStartHighRdy()OSCtxSw()OSIntCtxSw()OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()OS_CPU_PendSVHandler修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OSStartHighRdy()*********************************************************************************************************LDRR0,=NVIC_SYSPRI14 ;SetthePendSVexceptionpriority(1)LDRR1,=NVIC_PENDSV_PRISTRBR1,[R0]MOVSR0,#0 ;SetthePSPto0forinitialcontextswitchcall(2)MSRPSP,R0LDRR0,=OSRunning;OSRunning=TRUE (3)MOVSR1,#1STRBR1,[R0]LDRR0,=NVIC_INT_CTRL ;TriggerthePendSVexception(causescontextswitch)LDRR1,=NVIC_PENDSVSETSTRR1,[R0]CPSIEI ;Enableinterruptsatprocessorlevel(4)OSStartHangBOSStartHang ;Shouldnevergethere修改OS_CPU_A.ASM(1)這個(gè)函數(shù)由OSStart()執(zhí)行以啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，設(shè)置PendSV中斷優(yōu)先級(jí)為最低以確保它不會(huì)打斷用戶的中斷。(2)設(shè)置PSP=0,告訴上下文切換函數(shù)這是第一次運(yùn)行。(3)設(shè)置OSRunning=TRUE以啟動(dòng)多任務(wù)調(diào)度(4)PendSV中斷只有在被允許后才獲得響應(yīng)。修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OSCtxSw()*********************************************************************************************LDRR0,=NVIC_INT_CTRL;觸發(fā)PendSV中斷(引起上下文切換)(1)LDRR1,=NVIC_PENDSVSETSTRR1,[R0]BXLR(1)當(dāng)OS執(zhí)行上下文切換時(shí)調(diào)用OSCtxSw().這個(gè)函數(shù)將觸發(fā)PendSV中斷，實(shí)際的切換在該中斷中執(zhí)行。修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OSIntCtxSw()*******************************************************************************************LDRR0,=NVIC_INT_CTRL;觸發(fā)PendSV中斷(引起上下文切換)(1)LDRR1,=NVIC_PENDSVSETSTRR1,[R0]BXLR(1)從中斷返回時(shí)，如果需要上下文切換OSIntExit()調(diào)用將調(diào)用OSIntCtxSw().這個(gè)函數(shù)只是簡(jiǎn)單的觸發(fā)PendSV中斷，如果沒(méi)有中斷嵌套且中斷被允許的情況下，將響應(yīng)PendSV中斷.修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()*******************************************************************************************OS_CPU_SR_SaveMRSR0,PRIMASK ;屏蔽所有中斷，并保存PRIMASK的值CPSIDIBXLROS_CPU_SR_RestoreMSRPRIMASK,R0 ;恢復(fù)PRIMASK的值BXLR修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OS_CPU_PendSVHandler*******************************************************************************************

PendSV中斷用于引起上下文切換。任何中斷發(fā)生時(shí)Cortex-M3都自動(dòng)保存了一半的微處理器寄存器，并且在返回時(shí)自動(dòng)恢復(fù)這些寄存器，所以移植時(shí)只需要保存R4-R11，并固定堆棧指針。也就是說(shuō)，無(wú)論是從一個(gè)線程啟動(dòng)或發(fā)生因中斷或異常，上下文保存和恢復(fù)是相同的。修改OS_CPU_A.ASM編寫(xiě)OS_CPU_PendSVHandler**********************************************************************代碼如下：CPSIDI ;上下文切換時(shí)關(guān)中斷MRSR0,PSP ;PSP是堆棧指針CBZR0,OS_CPU_PendSVHandler_nosave;第一次發(fā)生需要保存堆棧指針SUBSR0,R0,#0x20 ;在堆棧中保存r4-11