ucosii在stm32上的移植詳解3

首先從micrium網站上下載官方移植版本（編譯器使用ARM/Keil的，V2.86版本，V2.85有問題）。
下載地址：http://micrium.com/page/downloads/ports/st/stm32
解壓縮后得到如下文件夾和文件:
Micrium
AppNotes
Licensing
Software
ReadMe.pdf

AppNotes包含ucosii移植說明文件。這兩個文件中我們僅需關心MicriumAppNotesAN1xxx-RTOSAN1018-uCOS-II-Cortex-M3AN-1018.pdf。因為這個文件對ucosii在CM3內核移植過程中需要修改的代碼進行了說明。
Licensing包含ucosii使用許可證。
Software下有好幾個文件夾，在本文的移植中僅需關心uCOS-II即可。
CPU: stm32標準外設庫
EvalBoards: micrium官方評估板相關代碼
uc-CPU: 基于micrium官方評估板的ucosii移植代碼
uC-LCD：micrium官方評估板LCD驅動代碼
uc-LIB: micrium官方的一個庫代碼
uCOS-II: ucosii源代碼
uC-Probe: 和uC-Probe相關代碼
ReadMe.pdf就不說了。

好了，官方的東西介紹完了，該我們自己建立工程著手移植了。關于建立工程，并使用stm32標準外設庫在我之前的文章《stm32標準外設庫使用詳解》已有介紹，這里請大家下載其中模板代碼（http://download.csdn.net/source/3448543），本文的移植是基于這個工程的。
建立文件夾templatesrcucosii, templatesrcucosiisrc, templatesrcucosiiport；
把MicriumSoftwareuCOS-IISource下的文件拷貝至templatesrcucosiisrc；
把MicriumSoftwareuCOS-IIPortsARM-Cortex-M3GenericRealView下的文件拷貝至

templatesrcucosiiport；
ucosiisrc下的代碼是ucosii中無需修改部分，ucosiiport下的代碼是移植時需要修改的。為防止對源碼的誤改動造成移植失敗，可以把ucosiisrc下的代碼文件設為只讀。
這里根據AN-1018.pdf和移植詳解1、2中介紹的移植基礎知識，對ucosiiport下的代碼解釋一下。

os_cpu.h

#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif

typedef unsigned char BOOLEAN;
typedef unsigned char INT8U;
typedef signed char INT8S;
typedef unsigned short INT16U;
typedef signed short INT16S;
typedef unsigned int INT32U;
typedef signed int INT32S;
typedef float FP32;
typedef double FP64;
就不解釋了。

typedef unsigned int OS_STK;
typedef unsigned int OS_CPU_SR;

因為CM3是32位寬的，所以OS_STK（堆棧的數據類型）被類型重定義為unsigned int。
因為CM3的狀態寄存器（xPSR）是32位寬的，因此OS_CPU_SR被類型重定義為unsigned int。OS_CPU_SR是在OS_CRITICAL_METHOD方法3中保存cpu狀態寄存器用的。在CM3中，移植OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()選方法3是最合適的。

#define OS_CRITICAL_METHOD 3

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
#define OS_ENTER_CRITICAL() {cpu_sr = OS_CPU_SR_Save();}
#define OS_EXIT_CRITICAL() {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}
#endif

具體定義宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，其中OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()是用匯編代碼寫的，代碼在os_cpu_a.asm中，到時再解釋。

#define OS_STK_GROWTH 1
CM3中，棧是由高地址向低地址增長的，因此OS_STK_GROWTH定義為1。

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()
定義任務切換宏，OSCtxSw()是用匯編代碼寫的，代碼在os_cpu_a.asm中，到時再解釋。

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
OS_CPU_SR OS_CPU_SR_Save(void);
void OS_CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr);
#endif

void OSCtxSw(void);
void OSIntCtxSw(void);
void OSStartHighRdy(void);
void OS_CPU_PendSVHandler(void);

void OS_CPU_SysTickHandler(void);
void OS_CPU_SysTickInit(void);
INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq(void);

申明幾個函數，這里要注意最后三個函數需要注釋掉，為什么呢？
OS_CPU_SysTickHandler()定義在os_cpu_c.c中，是SysTick中斷的中斷處理函數，而stm32f10x_it.c，中已經有該中斷函數的定義SysTick_Handler()，這里也就不需要了，是不是很奇怪官方移植版為什么會這樣弄吧，后面我會解釋的。
OS_CPU_SysTickInit()定義在os_cpu_c.c中，用于初始化SysTick定時器，它依賴于OS_CPU_SysTickClkFreq()，而此函數我們自己會實現，所以注釋掉。
OS_CPU_SysTickClkFreq()定義在BSP.C (MicriumSoftwareEvalBoards)中，而本文移植中并未用到BSP.C，后面我們會自己實現，因此可以把它注釋掉。

os_cpu_c.c
ucosii移植時需要我們寫10個相當簡單的C函數。

OSInitHookBegin()
OSInitHookEnd()
OSTaskCreateHook()
OSTaskDelHook()
OSTaskIdleHook()
OSTaskStatHook()
OSTaskStkInit()
OSTaskSwHook()
OSTCBInitHook()
OSTimeTickHook()

這些函數除了OSTaskStkInit()，都是一些hook函數。這些hook函數如果不使能的話，都不會用上，也都比較簡單，看看就應該明白了，所以就不介紹。
下面就說一說OSTaskStkInit()。說之前還是得先說一下任務切換，因為初始化任務堆棧，是為任務切換服務的。代碼在正常運行時，一行一行往下執行，怎么才能跑到另一個任務（即函數）執行呢？首先大家可以回想一下中斷過程，當中斷發生時，原來函數執行的地方（程序計數器PC、處理器狀態寄存器及所有通用寄存器，即當前代碼的現場）被保存到棧里面去了，然后開始取中斷向量，跑到中斷函數里面執行。執行完了呢，想回到原來函數執行的地方，該怎么辦呢，只要把棧中保存的原來函數執行的信息恢復即可（把棧中保存的代碼現場重新賦給cpu的各個寄存器），一切就都回去了，好像什么事都沒發生一樣。這個過程大家應該都比較熟悉，任務切換和這有什么關系，試想一下，如果有3個函數foo1(), foo2(),foo3()像是剛被中斷，現場保存到棧里面去了，而中斷返回時做點手腳（調度程序的作用），想回哪個回哪個，是不是就做了函數（任務）切換了。看到這里應該有點明白OSTaskStkInit()的作用了吧，它被任務創建函數調用，所以要在開始時，在棧中作出該任務好像剛被中斷一樣的假象。（關于任務切換的原理邵老師書中的3.06節有介紹）。
那么中斷后棧中是個什么情形呢，<>中9.1.1有介紹，xPSR，PC，LR，R12，R3-R0被自動保存到棧中的，R11-R4如果需要保存，只能手工保存。因此OSTaskStkInit()的工作就是在任務自己的棧中保存cpu的所有寄存器。這些值里R1-R12都沒什么意義，這里用相應的數字代號（如R1用0x01010101）主要是方便調試。
其他幾個：
xPSR = 0x01000000L，xPSR T位（第24位）置1，否則第一次執行任務時Fault，
PC肯定得指向任務入口，
R14 = 0xFFFFFFFEL，最低4位為E，是一個非法值，主要目的是不讓使用R14，即任務是不能返回的。
R0用于傳遞任務函數的參數，因此等于p_arg。
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
OS_STK *stk;

(void)opt; /* opt is not used, prevent warning */
stk = ptos; /* Load stack pointer */

/* Registers stacked as if auto-saved on exception */
*(stk) = (INT32U)0x01000000L; /* xPSR */
*(--stk) = (INT32U)task; /* Entry Point */
/* R14 (LR) (init value will cause fault if ever used)*/
*(--stk) = (INT32U)0xFFFFFFFEL;
*(--stk) = (INT32U)0x12121212L; /* R12 */
*(--stk) = (INT32U)0x03030303L; /* R3 */
*(--stk) = (INT32U)0x02020202L; /* R2 */
*(--stk) = (INT32U)0x01010101L; /* R1 */
*(--stk) = (INT32U)p_arg; /* R0 : argument */

/* Remaining registers saved on process stack */
*(--stk) = (INT32U)0x11111111L; /* R11 */
*(--stk) = (INT32U)0x10101010L; /* R10 */
*(--stk) = (INT32U)0x09090909L; /* R9 */
*(--stk) = (INT32U)0x08080808L; /* R8 */
*(--stk) = (INT32U)0x07070707L; /* R7 */
*(--stk) = (INT32U)0x06060606L; /* R6 */
*(--stk) = (INT32U)0x05050505L; /* R5 */
*(--stk) = (INT32U)0x04040404L; /* R4 */

return (stk);
}

把OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()注釋掉。

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL (*((volatile INT32U *)0xE000E010))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD (*((volatile INT32U *)0xE000E014))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL (*((volatile INT32U *)0xE000E01C))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT 0x00010000
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC 0x00000004
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN 0x00000002
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE 0x00000001

把上面這些宏定義也注釋掉，因為它們都用于OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()。

os_cpu_a.asm
這個文件包含著必須用匯編寫的代碼。

EXTERN OSRunning ; External references
EXTERN OSPrioCur
EXTERN OSPrioHighRdy
EXTERN OSTCBCur
EXTERN OSTCBHighRdy
EXTERN OSIntNesting
EXTERN OSIntExit
EXTERN OSTaskSwHook
申明這些變量是在其他文件定義的，本文件只做引用（有幾個好像并未引用，不過沒有關系）。

EXPORT OS_CPU_SR_Save ; Functions declared in this file
EXPORT OS_CPU_SR_Restore
EXPORT OSStartHighRdy
EXPORT OSCtxSw
EXPORT OSIntCtxSw
EXPORT OS_CPU_PendSVHandler
申明這些函數是在本文件中定義的。

NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ;中斷控制及狀態寄存器ICSR的地址
NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ;PendSV優先級寄存器的地址
NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ;PendSV中斷的優先級為255（最低）
NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ;位28為1
定義幾個常量，類似C語言中的#define預處理指令。

OS_CPU_SR_Save
MRS R0, PRIMASK ;讀取PRIMASK到R0中，R0為返回值
CPSID I ;PRIMASK=1，關中斷（NMI和硬fault可以響應）
BX LR ;返回

OS_CPU_SR_Restore
MSR PRIMASK, R0 ;讀取R0到PRIMASK中，R0為參數
BX LR ;返回

OSStartHighRdy()由OSStart()調用，用來啟動最高優先級任務，當然任務必須在OSStart()前已被創建。

OSStartHighRdy
;設置PendSV中斷的優先級 #1
LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 ;R0 = NVIC_SYSPRI14
LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI ;R1 = NVIC_PENDSV_PRI
STRB R1, [R0] ;*(uint8_t *)NVIC_SYSPRI14 = NVIC_PENDSV_PRI

;設置PSP為0 #2
MOVS R0, #0 ;R0 = 0
MSR PSP, R0 ;PSP = R0

;設置OSRunning為TRUE
LDR R0, =OSRunning ;R0 = OSRunning
MOVS R1, #1 ;R1 = 1
STRB R1, [R0] ;OSRunning = 1

;觸發PendSV中斷 #3
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

CPSIE I ;開中斷

OSStartHang ;死循環，應該不會到這里
B OSStartHang

#1.PendSV中斷的優先級應該為最低優先級，原因在<>的7.6節已有說明。
#2.PSP設置為0，是告訴具體的任務切換程序（OS_CPU_PendSVHandler()），這是第一次任務切換。做過切換后PSP就不會為0了，后面會看到。
#3.往中斷控制及狀態寄存器ICSR(0xE000ED04)第28位寫1即可產生PendSV中斷。這個<>8.4.5 其它異常的配置寄存器有說明。

當一個任務放棄cpu的使用權，就會調用OS_TASK_SW()宏，而OS_TASK_SW()就是OSCtxSw()。OSCtxSw()應該做任務切換。但是在CM3中，所有任務切換都被放到PendSV的中斷處理函數中去做了，因此OSCtxSw()只需簡單的觸發PendSV中斷即可。OS_TASK_SW()是由OS_Sched()調用。

void OS_Sched (void)
{
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
OS_CPU_SR cpu_sr = 0;
#endif

OS_ENTER_CRITICAL();
if (OSIntNesting == 0) {
if (OSLockNesting == 0) {
OS_SchedNew();
if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0
OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;
#endif
OSCtxSwCtr++;
OS_TASK_SW(); /* 觸發PendSV中斷 */
}
}
}
/* 一旦開中斷，PendSV中斷函數會執行（當然要等更高優先級中斷處理完） */
OS_EXIT_CRITICAL();
}

OSCtxSw
;觸發PendSV中斷
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET
BX LR ;返回

當一個中斷處理函數退出時，OSIntExit()會被調用來決定是否有優先級更高的任務需要執行。如果有OSIntExit()對調用OSIntCtxSw()做任務切換。

OSIntCtxSw
;觸發PendSV中斷
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0]
BX LR

看到這里有些同學可能奇怪怎么OSCtxSw()和OSIntCtxSw()完全一樣，事實上，這兩個函數的意義是不一樣的，OSCtxSw()做的是任務之間的切換，如任務A因為等待某個資源或是做延時切換到任務B，而OSIntCtxSw()則是中斷退出時，由中斷狀態切換到另一個任務。由中斷切換到任務時，CPU寄存器入棧的工作已經做完了，所以無需做第二次了（參考邵老師書的3.10節）。這里只不過由于CM3的特殊機制導致了在這兩個函數中只要做觸發PendSV中斷即可，具體切換由PendSV中斷來處理。

前面已經說過真正的任務切換是在PendSV中斷處理函數里做的，由于CM3在中斷時會有一半的寄存器自動保存到任務堆棧里，所以在PendSV中斷處理函數中只需保存R4-R11并調節堆棧指針即可。

PendSV中斷處理函數偽代碼如下：
OS_CPU_PendSVHandler()
{
if (PSP != NULL) {
Save R4-R11 onto task stack;
OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
}
OSTaskSwHook();
OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
PSP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;
Restore R4-R11 from new task stack;
Return from exception;
}

OS_CPU_PendSVHandler ;xPSR, PC, LR, R12, R0-R3已自動保存
CPSID I ;任務切換期間需要關中斷

MRS R0, PSP ;R0 = PSP
;如果PSP == 0，跳到OS_CPU_PendSVHandler_nosave執行 #1
CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave

;保存R4-R11到任務堆棧
SUBS R0, R0, #0x20 ;R0 -= 0x20
STM R0, {R4-R11} ;保存R4-R11到任務堆棧

;OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
LDR R1, =OSTCBCur ;R1 = &OSTCBCur
LDR R1, [R1] ;R1 = *R1 (R1 = OSTCBCur)
STR R0, [R1] ;*R1 = R0 (*OSTCBCur = SP) #2

OS_CPU_PendSVHandler_nosave
;調用OSTaskSwHook()
PUSH {R14} ;保存R14，因為后面要調用函數
LDR R0, =OSTaskSwHook ;R0 = &OSTaskSwHook
BLX R0 ;調用OSTaskSwHook()
POP {R14} ;恢復R14

;OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
LDR R0, =OSPrioCur ;R0 = &OSPrioCur
LDR R1, =OSPrioHighRdy ;R1 = &OSPrioHighRdy
LDRB R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSPrioHighRdy)
STRB R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSPrioCur = OSPrioHighRdy)

;OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
LDR R0, =OSTCBCur ;R0 = &OSTCBCur
LDR R1, =OSTCBHighRdy ;R1 = &OSTCBHighRdy
LDR R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSTCBHighRdy)
STR R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSTCBCur = OSTCBHighRdy)

LDR R0, [R2] ;R0 = *R2 (R0 = OSTCBHighRdy), 此時R0是新任務的SP
;SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr #3
LDM R0, {R4-R11} ;從任務堆棧SP恢復R4-R11
ADDS R0, R0, #0x20 ;R0 += 0x20
MSR PSP, R0 ;PSP = R0，用新任務的SP加載PSP
ORR LR, LR, #0x04 ;確保LR位2為1，返回后使用進程堆棧 #4
CPSIE I ;開中斷
BX LR ;中斷返回

END

#1 如果PSP == 0，說明OSStartHighRdy()啟動后第一次做任務切換，而任務剛創建時R4-R11已經保存在堆棧中了，所以不需要再保存一次了。
#2 OSTCBStkPtr是任務控制塊結構體的第一個變量，所以*OSTCBCur = SP(不是很科學)就是OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
#3 和#2類似。
#4 因為在中斷處理函數中使用的是MSP，所以在返回任務后必須使用PSP，所以LR位2必須為1。

os_dbg.c
用于系統調試，可以不管。

需要修改的代碼就介紹到這里，如果還有不明白之處，就再看看AN-1018.pdf，邵老師的書和<>。