S3C44B0下ucos-ii的移植|S3C44B|uCOS

S3C44B0下ucos-ii的移植

2012-06-02

要保证ucos II移植到微处理器后能正确运行；处理器需具备如下特性：

1）处理器的c编译器支持可重入函数

可重入的代码指的是一段代码（如一个函数）可以被多个任务同时调用，而不必担心会破坏数据。也就是说，可重入型函数在任何时候都可以被中断执行，过一段时间以后又可以继续运行，而不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调用，影响函数中的数据。下面的两个例子可以比较可重入型函数和非可重入型函数：

程序1：可重入型函数

void swap(int *x, int *y)

int temp;

temp=*x;

*x=*y;

*y=temp;

程序2：非可重入型函数

int temp;

void swap(int *x, int *y)

temp=*x;

*x=*y;

*y=temp;

程序1 中使用的是局部变量temp 作为变量。通常的C 编译器，把局部变量分配在栈中。

所以，多次调用同一个函数，可以保证每次的temp 互不受影响。而程序2 中temp 定义的是全局变量，多次调用函数的时候，必然受到影响。代码的可重入性是保证完成多任务的基础，除了在C 程序中使用局部变量以外，还需要C 编译器的支持。笔者使用的是ARM SDT 以及ADS 的集成开发环境，均可以生成可重入的代码。

2）在程序中可以打开和关闭中断

在ucos II中，可以通过OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏来控制

系统关闭或者打开中断。这需要处理器的支持,在ARM7TDMI 的处理器上，可以设置相应的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断。

3）处理器支持中断，并且能产生定时器中断（ucos Ⅱ是通过定时器中断来实现多任务的调度，即时间片的产生）ucos II 是通过处理器产生的定时器的中断来实现多任务之间的调度的。在ARM7TDMI 的处理器上可以产生定时器中断。

4）处理器要具有一定的硬件堆栈数量

5）处理器要有将堆栈指针和其他cpu寄存器存储和读出堆栈（或者内存）的指令（如51的pop,push指令）。

ucos Ⅱ进行任务调度的时候，会把当前任务的CPU 寄存器存放到此任务的堆栈中，然后，再从另一个任务的堆栈中恢复原来的工作寄存器，继续运行另一个任务。所以，寄存器的入栈和出栈是ucos II多任务调度的基础。

ARM7TDMI 处理器完全满足上述要求。

接下来将介绍如何把ucos Ⅱ移植到Samsung公司的一款ARM7TDMI 的嵌入式处理器——S3C44B0X 上。

ucos II中与处理器有关的代码：os_cpu.hos_cpu_a.asmos_cpu_c.c

ucos II的设置：os_cfg.hinludes.h

ucos II在S3C44b0上的移植

1）设置inludes.h中与处理器及编译器有关的代码

FORADS/**********************************************************************************************************

*uC/OS-II

*The Real-Time Kernel

*MASTER INCLUDE FILE

*********************************************************************************************************

#include"os_cpu.h"

#include"os_cfg.h"

#include"ucos_ii.h"

这里未做处理取默认的数据类型。

FOR SDT

*********************************************************************************************************

*uC/OS-II

*The Real-Time Kernel

*MASTER INCLUDE FILE

**********************************************************************************************************/

#include

#include"os_cpu.h"

#include"os_cfg.h"

#include"ucos_ii.h"

#ifdefEX3_GLOBALS

#defineEX3_EXT

#else

#defineEX3_EXTextern

#endif

*********************************************************************************************************

*DATA TYPES

*********************************************************************************************************

typedef struct {

charTaskName[30];

INT16UTaskCtr;

INT16UTaskExecTime;

INT32UTaskTotExecTime;

} TASK_USER_DATA;

*********************************************************************************************************

*VARIABLES

*********************************************************************************************************

EX3_EXTTASK_USER_DATATaskUserData[10];

*********************************************************************************************************

*FUNCTION PROTOTYPES

*********************************************************************************************************

voidDispTaskStat(INT8U id);

********************************************************************************

其他人的应用修改事例：

#define INT8U unsigned char

#define INT16U unsigned short

#define INT32U unsigned long

#define OS_STK unsigned long

#define BOOLEAN int

#define OS_CPU_SR unsigned long

#define INT8S char

extern int INTS_OFF(void);

extern void INTS_ON(void);

#define OS_ENTER_CRITICAL() { cpu_sr = INTS_OFF(); }

#define OS_EXIT_CRITICAL() { if(cpu_sr == 0) INTS_ON(); }

#define OS_STK_GROWTH 1

#define STACKSIZE 256

因为不同的微处理器有不同的字长，所以ucos Ⅱ的移植包括了一系列的类型定义以确

保其可移植性。尤其是ucos Ⅱ代码从不使用C 的short,int 和long 等数据类型，因为它们是与编译器相关的，不可移植。相反的，我们定义的整形数据结构既是可移植的又是直观的。为了方便，虽然ucos Ⅱ不是用浮点数据，但我们还是定义了浮点数据类型。

例如，INT16U 数据类型总是代表16 位的无符号整数。现在，ucos Ⅱ和用户的应用程序就可以估计出声明为该数据类型的变量的取值范围是0~65535。将ucos Ⅱ移植到32 位的处理器上也就意味着INT16U 实际被声明为无符号短整形数据结构而不是无符号整数数据结构。但是，μC/OS-Ⅱ所处理的仍然是INT16U。用户必须将任务堆栈的数据类型告诉给μC/OS-Ⅱ。这个过程是通过为OS_STK 声明正确的C 数据类型来完成的。我们的处理器上的堆栈成员是16 位的，所以将OS_TSK 声明为无符号整形数据类型。所有的任务堆栈都必须用OS_TSK 声明数据类型。

2）OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()

与所有的实时内核一样，μC/OS-Ⅱ需要先禁止中断再访问代码的临界区，并且在访问完

毕后重新允许中断。这就使得μC/OS-Ⅱ能够保护临界区代码免受多任务或中断服务例程

（ISR）的破坏。在S3C44B0X 上是通过两个函数（OS_CPU_A.S）实现开关中断的。

INTS_OFF

mrs r0, cpsr ; 当前CSR

mov r1, r0 ; 复制屏蔽

orr r1, r1, #0xC0 ; 屏蔽中断位

msr CPSR, r1 ; 关中断(IRQ and FIQ)

and r0, r0, #0x80 ; 从初始CSR 返回FIQ 位

mov pc,lr ; 返回

INTS_ON

mrs r0, cpsr ; 当前CSR

bic r0, r0, #0xC0 ; 屏蔽中断

msr CPSR, r0 ; 开中断(IRQ and FIQ)

mov pc,lr ; 返回

3）OS_STK_GROWTH

绝大多数的微处理器和微控制器的堆栈是从上往下长的。但是某些处理器是用另外一种方式工作的。μC/OS-Ⅱ被设计成两种情况都可以处理，只要在结构常量OS_STK_GROWTH中指定堆栈的生长方式就可以了。

置OS_STK_GROWTH 为0 表示堆栈从下往上长。

置OS_STK_GROWTH 为1 表示堆栈从上往下长。

用c语言编写6个与操作系统相关的函数（OS_CPU_C.C）

1. OsTaskStKInit()

OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt（）通过调用OSTaskStkInit（）来初始化任务的堆

栈结构。因此，堆栈看起来就像刚发生过中断并将所有的寄存器保存到堆栈中的情形一样。

图12-2 显示了OSTaskStkInt（）放到正被建立的任务堆栈中的东西。这里我们定义了堆栈是

从上往下长的。

在用户建立任务的时候，用户传递任务的地址，pdata 指针，任务的堆栈栈顶和任务的

优先级给OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt（）。一旦用户初始化了堆栈，OSTaskStkInit

（）就需要返回堆栈指针所指的地址。OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt（）会获得该地

址并将它保存到任务控制块（OS_TCB）中。

OS_STK * OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)

{

unsigned int * stk;

stk = (unsigned int *)ptos; /* 装载堆栈指针*/

opt++;

/* 为新任务建立堆栈*/

*--stk = (unsigned int) task; /* pc */

*--stk = (unsigned int) task; /* lr */

*--stk = 12; /* r12 */

*--stk = 11; /* r11 */

*--stk = 10; /* r10 */

*--stk = 9; /* r9 */

*--stk = 8; /* r8 */

*--stk = 7; /* r7 */

*--stk = 6; /* r6 */

*--stk = 5; /* r5 */

*--stk = 4; /* r4 */

*--stk = 3; /* r3 */

*--stk = 2; /* r2 */

*--stk = 1; /* r1 */

*--stk = (unsigned int) pdata; /* r0 */

*--stk = (SUPMODE); /* cpsr */

*--stk = (SUPMODE); /* spsr */

return ((OS_STK *)stk);

}

2).OSTaskCreateHook

当用OSTaskCreate（）和OSTaskCreateExt （）建立任务的时候就会调用OSTaskCreateHook

（）。该函数允许用户或使用移植实例的用户扩展μC/OS-Ⅱ功能。当μC/OS-Ⅱ设置完了自己的内部结构后，会在调用任务调度程序之前调用OSTaskCreateHook（）。该函数被调用的时候中断是禁止的。因此用户应尽量减少该函数中的代码以缩短中断的响应时间。当OSTaskCreateHook（）被调用的时候，它会收到指向已建立任务的OS_TCB 的指针，这样它就可以访问所有的结构成员了。

函数原型：

void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb)

3).OsTaskDelHook()

当任务被删除的时候就会调用OSTaskDelHook（）。该函数在把任务从μC/OS-Ⅱ的内部

任务链表中解开之前被调用。当OSTaskDelHook（）被调用的时候，它会收到指向正被删除任务的OS_TCB 的指针，这样它就可以访问所有的结构成员了。OSTaskDelHook（）可以来检验TCB 扩展是否被建立（一个非空指针）并进行一些清除操作。

函数原型：

void OSTaskDelHook (OS_TCB *ptcb)

4.OsTaskSwHook()

当发生任务切换的时候就会调用OSTaskSwHook（）。OSTaskSwHook（）可以直接访问

OSTCBCur 和OSTCBHighRdy，因为它们是全局变量。OSTCBCur 指向被切换出去的任务OS_TCB，而OSTCBHighRdy 指向新任务OS_TCB。注意在调用OSTaskSwHook（）期间中断一直是被禁止的。因此用户应尽量减少该函数中的代码以缩短中断的响应时间。

函数原型：

void OSTaskSwHook (void)

5.OsTaskStatHook()

OSTaskStatHook（）每秒钟都会被OSTaskStat（）调用一次。用户可以用OSTaskStatHook

（）来扩展统计功能。例如，用户可以保持并显示每个任务的执行时间，每个任务所用的CPU 份额，以及每个任务执行的频率等。

函数原型：

void OSTaskStatHook (void)

6.OsTimeTickHook()

OSTimeTickHook（）在每个时钟节拍都会被OSTaskTick（）调用。实际上，OSTimeTickHook

（）是在节拍被μC/OS-Ⅱ真正处理，并通知用户的移植实例或应用程序之前被调用的。

函数原型：

void OSTimeTickHook (void)

后5 个函数为钩子函数，可以不加代码。只有当OS_CFG.H 中的OS_CPU_HOOKS_EN

被置为1 时才会产生这些函数的代码。

用汇编语言编写4个与处理器相关的函数（OS_CPU_a.asm）

(1)OsStartHighRdy();运行优先级最高的就绪任务

OSStartHighRdy

LDR r4, addr_OSTCBCur ; 得到当前任务TCB 地址

LDR r5, addr_OSTCBHighRdy ; 得到最高优先级任务TCB 地址

LDR r5, [r5] ; 获得堆栈指针

LDR sp, [r5] ; 转移到新的堆栈中

STR r5, [r4] ; 设置新的当前任务TCB 地址

LDMFD sp!, {r4} ;

MSR SPSR, r4

LDMFD sp!, {r4} ; 从栈顶获得新的状态

MSR CPSR, r4 ; CPSR 处于SVC32Mode 摸式

LDMFD sp!, {r0-r12, lr, pc } ; 运行新的任务

(2)OS_TaSK_SW();任务级的任务切换函数

OS_TASK_SW

STMFD sp!, {lr} ; 保存pc

STMFD sp!, {lr} ; 保存lr

STMFD sp!, {r0-r12} ; 保存寄存器和返回地址

MRS r4, CPSR

STMFD sp!, {r4} ; 保存当前的PSR

MRS r4, SPSR

STMFD sp!, {r4} ; 保存SPSR

; OSPrioCur = OSPrioHighRdy

LDR r4, addr_OSPrioCur

LDR r5, addr_OSPrioHighRdy

LDRB r6, [r5]

STRB r6, [r4]

; 得到当前任务TCB 地址

LDR r4, addr_OSTCBCur

LDR r5, [r4]

STR sp, [r5] ; 保存sp 在被占先的任务的TCB

; 得到最高优先级任务TCB 地址

LDR r6, addr_OSTCBHighRdy

LDR r6, [r6]

LDR sp, [r6] ; 得到新任务堆栈指针

; OSTCBCur = OSTCBHighRdy

STR r6, [r4] ; 设置新的当前任务的TCB 地址

;保存任务方式寄存器

LDMFD sp!, {r4}

MSR SPSR, r4

LDMFD sp!, {r4}

MSR CPSR, r4

; 返回到新任务的上下文

LDMFD sp!, {r0-r12, lr, pc}

(3)OSINTCTXSW();中断级的任务切换函数

OSIntCtxSw

add r7, sp, #16 ; 保存寄存器指针

LDR sp, =IRQStack ;FIQ_STACK

mrs r1, SPSR ; 得到暂停的PSR

orr r1, r1, #0xC0 ; 关闭IRQ, FIQ.

msr CPSR_cxsf, r1 ; 转换模式(应该是SVC_MODE)

ldr r0, [r7, #52] ; 从IRQ 堆栈中得到IRQ's LR (任务PC)

sub r0, r0, #4 ; 当前PC 地址是(saved_LR - 4)

STMFD sp!, {r0} ; 保存任务PC

STMFD sp!, {lr} ; 保存LR

mov lr, r7 ; 保存FIQ 堆栈ptr in LR (转到nuke r7)

ldmfd lr!, {r0-r12} ; 从FIQ 堆栈中得到保存的寄存器

STMFD sp!, {r0-r12} ;在任务堆栈中保存寄存器

;在任务堆栈上保存PSR 和任务PSR

MRS r4, CPSR

bic r4, r4, #0xC0 ; 使中断位处于使能态

STMFD sp!, {r4} ; 保存任务当前PSR

MRS r4, SPSR

STMFD sp!, {r4} ; SPSR

; OSPrioCur = OSPrioHighRdy // 改变当前程序

LDR r4, addr_OSPrioCur

LDR r5, addr_OSPrioHighRdy

LDRB r6, [r5]

STRB r6, [r4]

; 得到被占先的任务TCB

LDR r4, addr_OSTCBCur

LDR r5, [r4]

STR sp, [r5] ; 保存sp 在被占先的任务的TCB

; 得到新任务TCB 地址

LDR r6, addr_OSTCBHighRdy

LDR r6, [r6]

LDR sp, [r6] ; 得到新任务堆栈指针

; OSTCBCur = OSTCBHighRdy

STR r6, [r4] ; 设置新的当前任务的TCB 地址

LDMFD sp!, {r4}

MSR SPSR, r4

LDMFD sp!, {r4}

BIC r4, r4, #0xC0 ; 必须退出新任务通过允许中断

MSR CPSR, r4

LDMFD sp!, {r0-r12, lr, pc}

完成了上述工作以后，μC/OS-Ⅱ就可以正常运行在ARM 处理器上了。

我们的板子上已经有移植成功的简单应用，移植部分不须多大改动就可以直接复制到您的应用中去。

文件系统的建立：

文件系统相关的API函数功能解释：

void initosfile();

功能：初始化文件管理，为文件结构分配空间，在系统初始化时调用

FILE* OPENOSFILE(char filename[],u32 open mode);

功能：以读取方式或写入方式指定打开的文件，并创建FILE结构，为文件读取分配缓冲区，返回当前指向文件结构的指针。

参数说明：

filename打开的文件名

openmode打开文件的方式：FILEMODE_READ1

FILEMODE_WRITE2

U32 Readosfile(FILE* pfile,u8* readbuffer,u32 nreadbyte);

功能：读取已经打开的文件到制定的缓冲区，成功则返回读取的字节数

参数说明：

pfile : 指向打开文件的指针

readbuffer :读文件的目的缓冲区。

Nreadbyte: 读文件的字节数

U32 linereadosfile(FILE* pfile,char str[]);

功能：读取之定文件的一行，返回读取文件的字节数。

参数说明：

Pfile: 指向打开文件的指针

Str: 读取的字符窜数组

U8 writeosfile(FILE* pfile,u8* writebuffer,u32 nreadbyte);

功能：把缓冲区写入指定的文件，如果成功就返回true 否则false.

参数说明：

pfile: 指向打开文件的指针

writebuffer :写入文件的目的缓冲区。

Nreadbyte: 写入文件的字节数

Void closeosfile()

功能：关闭打开的文件，释放文件缓冲区

参数说明：

pfile: 指向打开文件的指针

u8 getnextfilename(u32 *filepos,char filename[]);

功能：得到文件目录分配表中的指定位置的文件名（包括扩展名），文件位置自动下移。

若文件有效则返回true ，否则flase

filepos: 文件的位置，范围从0~511；

filename：返回的文件名

u8 listnextfilename(u32 *filepos,char fileexname[],char filename[]);

功能：列出当前位置开始第一个制定扩展名的文件，如果没有，返回flase

参数说明:

filepos: 文件的位置，范围从0~511；

fileexname:指定的文件扩展名

filename:返回的文件名

外设计驱动程序

1）串口接口函数

void Uart_Init(int uartnum,int mclk,int baud);

功能：初始化串口，设置通讯的波特率

参数说明：

uartnum :所设定的串行口号

mclk:系统的主时钟频率，如果为0则为默认值 60

baud:所设定的串口通讯波特率

void uart_printf(char *fmt,…)

功能：输出字符到串口0

参数说明：

fmt:输出到串口的字符串

char uart_getch(char *revdatq,int uartnum,int timeout);

功能：接收指定的串口的数据，收到数据是返回true 否则flase

参数说明：

revdatq: 输入缓冲区

uartnum:所设定得串口号

timeout: 等待超时时间

void uart_sendbyte(int uartnum,u8 data);

功能：向指定串口发送数据

参数说明：

uart_num : 所设定得串口号

data:发送的数据

例子：

当操作系统启动时，将自动初始化各串行口，所以应用程序调用串行口资源将变得非常

容易。值的注意的是，应用程序往往是多任务系统，为了实时监测串行口信息，在本操作环

境中必须单开一个串行口扫描任务，保证信息不丢失。

⑴ 打开一个已有的工程文件，在其中的主函数MAIN 中添加串行口的寄存器初始化

代码，并添加串行口和键盘扫描任务，串行口扫描任务的代码如下：

void Uart_Scan_Task1(void *Id)

{

char c1;

POSMSG pmsg1;

for (;;){

if(Uart_Getch(&c1,0,1))

{

pmsg1=OSCreateMessage(NULL,OSM_SERIAL,0,c1);

if(pmsg1)

SendMessage(pmsg1);

}

}//Uart_Scan_Task

（2）当系统收到串行口信息时，将会自动向主任务发送一个串行口消息。主任务接收

到该消息，将会调用响应函数，响应该消息。添加消息响应函数的代码如下：

void onSerial(int portn, char c)

{

Uart_SendByte(0,c);

⑶ 添加主任务

void Main_Task(void *Id) //Main_Test_Task

{

POSMSG pMsg=0;

ClearScreen();

//消息循环

for(;;){

pMsg=WaitMessage(0); //等待消息

switch(pMsg->Message)

{

case OSM_SERIAL:

onSerial(pMsg->WParam,pMsg->LParam);

break;

}

DeleteMessage(pMsg);//删除消息,释放资源

}

2）键盘扫描驱动4*4

u32 GetKey();

功能：1 有效。此函数位死锁函数，调用以后，除非有键按下否则不返回

void setfunctionkey();

功能：设定功能键扫描码，1 有效。类似计算机的ctrl/alt ，可以提供复合键

u32 getnotaskkey();

功能：1 有效。此函数位死锁函数，调用以后，除非有键按下否则不返回, 与u32 GetKey()的区别诗词函数不会释放此任务的控制权，除非有更高级的任务运行

例子

1）在主函数中定义键盘映射表，定义键盘扫描函数，定义键盘驱动函数。

（2）定义键盘响应函数，将得到的键值在液晶屏上显示。

void onKey(int nkey, int fnkey)//键盘响应函数

{

char temp[3];//转换成ASC-II 的键值数组

if(nkey>9)

{

temp[0]=0x31;

temp[1]=(nkey-10)|0x30;

temp[2]=0;

}

else

{

temp[0]=nkey+0x30;

temp[1]=0;

}

LCD_printf(temp);//在液晶平上显示键值

LCD_printf("\n");

}

（3）定义键盘扫描任务。

OS_STK My_Key_Scan_Stack[STACKSIZE]={0, }; //定义键盘扫描任务的堆栈大小

void My_Key_Scan_Task(void *Id); //定义键盘扫描任务

#define MyKey_Scan_Task_Prio 58 //定义键盘扫描任务的优先级

OSTaskCreate(My_Key_Scan_Task,(void*)0,(OS_STK*)&My_Key_Scan_Stack[STACKSIZE-1],

MyKey_Scan_Task_Prio );//在主函数中创建键盘扫描任务

void My_Key_Scan_Task(void *Id)//键盘扫描任务

{

U32 key;

u32 tempkey=0;

POSMSG pmsg;//创建消息

Uart_Printf("begin key task \n");

for (;;)

{

key=MyGetKey();

key&=0x000f;

if(key>9)

{

Uart_SendByte(0,0x31);

tempkey=key-10;

Uart_SendByte(0,tempkey|=0x0030);

}

else

Uart_SendByte(0,key|0x0030);

Uart_Printf(",");

pmsg=OSCreateMessage(NULL, OSM_KEY,key,key);//创建键盘消息

if(pmsg)

SendMessage(pmsg);//发送键盘消息

}

（4）定义主任务。

OS_STK Main_Stack[STACKSIZE*8]={0, };//定义主任务的堆栈大小

void Main_Task(void *Id); //定义主任务

#define Main_Task_Prio 12 //定义主任务的优先级

OSTaskCreate(Main_Task,(void*)0,(OS_STK*)&Main_Stack[STACKSIZE*8-1],

Main_Task_Prio);//在主函数重创建主任务

void Main_Task(void *Id) //主任务

{

POSMSG pMsg=0;//创建消息

LCD_ChangeMode(DspTxtMode);//将液晶屏设为文本显示摸式

LCD_Cls();//清屏

for(;;)

{

pMsg=WaitMessage(0); //等待消息

switch(pMsg->Message)

{

case OSM_KEY:

onKey(pMsg->WParam,pMsg->LParam);

break;

Delay(200);

}

DeleteMessage(pMsg);//删除消息,释放资源

} }

注意：以上API接口函数只是原型；例子只作为参考，具体程序请自己编，

可能会用到的工具/仪表