基于NIOS II的uC/OS系統的開發

1、uC/OSII簡介

u C / O S 是一種免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統。

μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自于1992 年美國嵌入式系統專家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系統編程》雜志的5 月和6 月刊上刊登的文章連載，并把μC/OS 的源碼發布在該雜志的B B S 上。

μC/OS 和μC/OS-II 是專門為計算機的嵌入式應用設計的， 絕大部分代碼是用C語言編寫的。CPU 硬件相關部分是用匯編語言編寫的、總量約200行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的CPU 上。用戶只要有標準的ANSI 的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC/OS-II嵌人到開發的產品中。μC/OS-II 具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點， 最小內核可編譯至 2KB 。μC/OS-II 已經移植到了幾乎所有知名的CPU 上。

嚴格地說uC/OS-II只是一個實時操作系統內核，它僅僅包含了任務調度，任務管理，時間管理，內存管理和任務間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理，文件系統，網絡等額外的服務。但由于uC/OS-II良好的可擴展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據需要分別實現。

uC/OS-II目標是實現一個基于優先級調度的搶占式的實時內核，并在這個內核之上提供最基本的系統服務，如信號量，郵箱，消息隊列，內存管理，中斷管理等。

1.1任務管理

uC/OS-II 中最多可以支持64 個任務，分別對應優先級0～63，其中0 為最高優先級。63為最低級，系統保留了4個最高優先級的任務和4個最低優先級的任務，所有用戶可以使用的任務數有56個。

uC/OS-II提供了任務管理的各種函數調用，包括創建任務，刪除任務，改變任務的優先級，任務掛起和恢復等。

系統初始化時會自動產生兩個任務：一個是空閑任務，它的優先級最低，該任務僅給一個整形變量做累加運算;另一個是系統任務，它的優先級為次低，該任務負責統計當前cpu的利用率。

1.2 時間管理

uC/OS-II的時間管理是通過定時中斷來實現的，該定時中斷一般為10毫秒或100毫秒發生一次，時間頻率取決于用戶對硬件系統的定時器編程來實現。中斷發生的時間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個時鐘節拍。

uC/OS-II要求用戶在定時中斷的服務程序中，調用系統提供的與時鐘節拍相關的系統函數，例如中斷級的任務切換函數，系統時間函數。

1.3 內存管理

在ANSI C中是使用malloc和free兩個函數來動態分配和釋放內存。但在嵌入式實時系統中，多次這樣的操作會導致內存碎片，且由于內存管理算法的原因，malloc和free的執行時間也是不確定。

uC/OS-II中把連續的大塊內存按分區管理。每個分區中包含整數個大小相同的內存塊，但不同分區之間的內存快大小可以不同。用戶需要動態分配內存時，系統選擇一個適當的分區，按塊來分配內存。釋放內存時將該塊放回它以前所屬的分區，這樣能有效解決碎片問題，同時執行時間也是固定的。

1.4 任務間通信與同步

對一個多任務的操作系統來說，任務間的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4中同步對象，分別是信號量，郵箱，消息隊列和事件。所有這些同步對象都有創建，等待，發送，查詢的接口用于實現進程間的通信和同步。

1.5 任務調度

uC/OS-II 采用的是可剝奪型實時多任務內核。可剝奪型的實時內核在任何時候都運行就緒了的最高優先級的任務。

uC/os-II的任務調度是完全基于任務優先級的搶占式調度，也就是最高優先級的任務一旦處于就緒狀態，則立即搶占正在運行的低優先級任務的處理器資源。為了簡化系統設計，uC/OS-II規定所有任務的優先級不同，因為任務的優先級也同時唯一標志了該任務本身。

uC/OS-II詳細用法可參考相關資料。

2、FPGA下的uC/OS-II

下面就介紹怎樣在以黑金開發板EP2C208上進行uC/OSII實驗。

第一步：添加一個用于系統時鐘節拍的定時器timer_ucos，定時時間為100ms(根據任務定)。

第二步：在Nios下設置相關選項。請看下面操作步驟。

打開Quart II工程，以黑金開發板EP2C208的工程為例，進入SOPC Builder界面下如圖：

在左側的“System Contents”下單擊Peripherais的左側“

”;在彈出的菜單下單擊Microcotroller Peripherais的左側“

”;如下圖。

找到 “Interval Timer”并雙擊，彈出如下圖并按下圖進行相關設置，單擊完成。

命名為timer_ucos;如下圖。

時鐘節拍定時器到此已添加完成，單擊Generate按鈕生成SOPC系統。

接下來對Quart II工程進行編譯并把 “.pof”通過AS接口下接到EPCS中。至此Quart II工程工作完畢.。