μC／OS-III在Cortex-M3處理器上的移植

摘要：為了將μC／OS-III移植到Cortex-M3處理器上，選用RealView MDK作為軟件開發平臺，針對Cortex-M3處理器特性編寫了移植所需的C語言和匯編語言源代碼，并驗證了移植的正確性。移植后的μC／OS-III能夠穩定運行于Cortex-M3處理器上。該移植對大部分Cortex-M3處理器具有通用性，對其他架構處理器的μC／OS-III移植具有參考作用。
關鍵詞：μC／OS-III；嵌入式操作系統；ARM；Cortex-M3；移植

引言
μC／OS-III是一款基于優先級調度的搶占式實時內核，Micrium公司于2011年8月公開了μC／OS-III的源碼，其源碼遵循ANSIC標準，因而具有良好的移植性，相信其將會被移植到越來越多的處理器體系上。本文主要完成基于Cortex-M3處理器的μC／OS-III移植，通過本次移植，加深對嵌入式操作系統原理的理解。此外，在μC／OS-III移植成功的基礎上進行嵌入式應用程序開發，可以把主要精力集中到應用程序上，而硬件資源交由μC／OS-III管理，從而使得嵌入式應用程序更易開發和維護，在嵌入式軟硬件結構變得越來越復雜的今天具有現實意義。

1 μC／OS-III和Cortex-M3特點
相對以前的版本，μC／OS-III最大改進之處在于允許多個任務運行于同一優先級上，相同優先級的任務按時間片輪轉調度，內核對象的數量不受限制，以及接近于零的中斷禁用時鐘周期。
Cortex-M3是ARM公司推出的基于ARMv7-M架構的內核，主要針對高性能、低成本和低功耗的嵌入式應用。Cortex-M3擁有固定的存儲器映射，采用更高效的NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)、更簡單的堆棧以及更高性能的指令集，且NVIC(包括SysTick)的寄存器位置固定，極大地方便了μC／OS-III的移植及在基丁Cortex-M3內核的處理器之間的遷移。

2 移植
2．1 移植方案
本文移植μC／OS-III內核的版本為V3．02．00，其源代碼下載地址見參考文獻。選用意法半導體(ST)公司生產的基于Cortex-M3內核的STM32F103RBT6微控制器作為硬件實驗平臺，而編譯環境采用RealViewMDK V3．5。
Cortex-M3支持兩種特權級別：特權級和用戶級，μC／OS-III內核和用戶代碼都運行于特權級下。Cortex-M3還支持兩個棧指針MSP和PSP，μC／OS-III內核和ISR(Interrupt Service Routine)使用MSP，μC／OS-III的任務則使用PSP。
首先針對Conex-M3處理器的特性編寫與內核、CPU和BSP(Board Support Package)相關的源代碼，然后創建若干個簡單的用戶任務，在具體的硬件平臺上測試移植后的μC／OS-III。
2．2 內核相關
2．2．1 編寫os_cpu．h
os_cpu．h頭文件主要是對上下文切換函數和時間戳獲取函數進行宏定義。μC／OS-III的上下文切換包括兩種類型：任務級上下文切換OS_TASK_SW()和中斷級上下文切換OSIntCtxSw()。它們使用相同的代碼置位ICSR．PENDSVSET以懸起PendSV異常，由PendSV的ISR“緩期執行”上下文切換。
OS_TS_GET()的作用是獲取當前時間戳，若使能μC／OS-III的時間戳功能，則將OS_TS_GET()宏定義為CPU_TS_TmrRd()，否則簡單地宏定義為0。
2．2．2 編寫os_cpu_a．asm
在os_cpu_a．asm文件中需要用匯編指令實現OSStartHighRdy()函數和PendSV的ISR。OSStartHighRdy()函數被內核用于調度第一個最高優先級的就緒任務，以開始多任務運行環境，匯編代碼實現如下：

Cortex-M3支持PendSV異常，而PendSV異常的典型應用場合就是上下文切換。得益于Cortex-M3的中斷機制，μC／OS-III上下文切換只需保存和恢復R11～R4、PSP，而PSR、PC、LR、R12、R3～R0由硬件自動保存和恢復。PendSV的ISR匯編代碼如下：