μC／OS-II操作系統(tǒng)在不同處理器上的應(yīng)用

μC／OS-II操作系統(tǒng)是一種搶占式多任務(wù)、單內(nèi)存空間、微小內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)，具有高效緊湊的特點(diǎn)。它執(zhí)行效率高，占用空間小，可移植性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性能良好且可擴(kuò)展性強(qiáng)。采用μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以有效地對任務(wù)進(jìn)行調(diào)度；對各任務(wù)賦予不同的優(yōu)先級(jí)可以保證任務(wù)及時(shí)響應(yīng)；采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，降低了程序的復(fù)雜度，方便程序的開發(fā)和維護(hù)。μC／OS-11非常適合應(yīng)用在一些小型的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用場合，在家用電器、機(jī)器人、工業(yè)控制、航空航天、軍事科技等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
單片機(jī)、ARM、FPGA與μC／OS-II操作系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一些具體功能，是目前嵌入式應(yīng)用中比較常見的。在這些應(yīng)用中，基礎(chǔ)性的工作就是操作系統(tǒng)的移植。本文選取使用較多的51單片機(jī)、LPC2210、NiosII三種處理器進(jìn)行介紹。

1 μC／OS-II操作系統(tǒng)移植條件
μC／OS-II操作系統(tǒng)的大部分源代碼都是用C語言書寫的，但仍需使用匯編語言來完成一些和處理器相關(guān)的操作，例如讀寫處理器、寄存器時(shí)只能使用匯編語言來實(shí)現(xiàn)。因此，將μC／OS-II操作系統(tǒng)移植到目標(biāo)處理器上，需要從硬件和軟件兩方面來考慮。
硬件方面，目標(biāo)處理器需滿足以下條件：
①處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；
②用C語言可以開／關(guān)中斷；
③處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常在10～1 000 Hz之間)；
④處理器能夠支持容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧；
⑤處理器有將堆棧指針和其他寄存器讀出和存儲(chǔ)到堆棧或內(nèi)存中的指令。
軟件方面，主要關(guān)注的是一些與處理器相關(guān)的代碼移植，其分布在OS_CPU．H、OS_CPU_C．C和OS_CPU_A．ASM這3個(gè)不同的文件中。

2 目標(biāo)處理器硬件支持
51單片機(jī)、LPC2210、NiosII三種處理器在硬件方面均能滿足μC／OS-II操作系統(tǒng)的移植要求。
51單片機(jī)：選擇Keil公司的集成開發(fā)環(huán)境作為開發(fā)工具，因?yàn)樵摷砷_發(fā)環(huán)境的C51編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼，且用C語言就可以開／關(guān)中斷。同時(shí)具有一定數(shù)量的堆棧和操作相關(guān)寄存器的指令。
LPC2210：采用ARM7微控制器可以滿足上述②、④、⑤，而ADS1．2的C編譯器可以滿足①、③的要求。
NiosII處理器：Nios處理器可以配置成最多支持64個(gè)中斷，包括外部硬件中斷、內(nèi)部中斷以及TRAP(調(diào)試中斷)。Nios II處理器可以配置使用32位內(nèi)部定時(shí)器，通過用軟件控制寫入幾個(gè)控制寄存器的內(nèi)容來獲得定時(shí)工作，與一般的定時(shí)器工作原理相同，可以產(chǎn)生定時(shí)中斷。Nios處理器可以外接存儲(chǔ)器。以使用的DE2開發(fā)板為例，外接512 KB SRAM資源，可提供足夠的數(shù)據(jù)硬件堆棧。NioslI 8．0 IDE采用GNU編譯器，支持C／C++的編譯、鏈接產(chǎn)生重入代碼，允許在C語言中嵌入?yún)R編語言。

3 軟件移植過程
3．1 OS_CPU．H的實(shí)現(xiàn)
OS_CPU．H文件包括了用#define語言定義的與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏以及數(shù)據(jù)類型。
在上述三種處理器采用的不同編譯器中，數(shù)據(jù)類型的定義是相同的，在此不做具體介紹。
在OS_CPU．H中定義與處理器相關(guān)的宏，主要是進(jìn)入臨界區(qū)的OS_ENTER_CRITICAL()和退出臨界區(qū)的OS_EXIT_CRITICAL()。
在Keil編譯器中，EA是總中斷。
#define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0；／／關(guān)中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1；／／開中斷
在ADS編譯器中定義為軟件中斷函數(shù)，并編寫軟件中斷處理代碼實(shí)現(xiàn)開／關(guān)中斷。
_swi(0x00)viod OS_TASK_SW(viod)；／／任務(wù)級(jí)任務(wù)切換函數(shù)
_swi(0x00)viod OS_ENTER_CRITICAL(viod)；／／關(guān)中斷
_swi(0x00)viod OS_EXIT_CRITICAL(viod)； ／／開中斷
在NiosII 8．0 IDE編譯器中：
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm(“PFX 8＼n WRCTL％g0；”) ／／關(guān)中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm(“PFX 9＼n WRC TL％g 0；”) ／／開中斷
堆棧的增長方向通過設(shè)置OS_STK_GROWTH為0或者1來確定。51單片機(jī)中只能設(shè)置為0，表示堆棧是從下往上增長的。LPC2210中則可以設(shè)置成0或者1。NiosII中則只能設(shè)置成1，表示堆棧是從上往下增長的。
3．2 OS_CPU_C．C的實(shí)現(xiàn)
OS_CPU_C．C中，主要應(yīng)改寫堆棧初始化函數(shù)OS-TaskStkIint()。必須根據(jù)移植時(shí)統(tǒng)一定義的任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化，其他9個(gè)鉤子函數(shù)只需說明即可。也可根據(jù)移植時(shí)用戶自己的需要，編寫相應(yīng)的操作代碼。
以LPC2210為例，堆棧空間從高到低依次存放著PC，LR，R12，R11，…，R1，R0，CPSR，OsEnterSum。每個(gè)任務(wù)都有獨(dú)立的OsEnterSum，在任務(wù)切換時(shí)保存和恢復(fù)各自的OsEnterSum值。各個(gè)任務(wù)開／關(guān)中斷的狀態(tài)可以不同，這樣實(shí)現(xiàn)了開／關(guān)中斷的嵌套。

關(guān)于51單片機(jī)和NiosII處理器的這部分移植，請參看參考文獻(xiàn)。