μC／OS-II在SOPC中的硬件實現

本人在教學及科研實驗中，對基于μC/OS-II的多任務系統在SOPC中的設計總結出了具體實現方法。經過實踐驗證，該方法簡單、可靠，值得推廣。

1 μC/OS實時操作系統

μC/OS-II是一個可移植、可裁剪、占先式、實時的多任務內核，主要有任務管理、時間管理、信號量管理、消息郵箱管理、列隊管理、內存管理等。由于絕大部分代碼都是用C語言編寫的，只有極少部分與處理器密切相關的代碼是用匯編語言編寫的，用戶只要做很少的工作就可以把它移植到各類8位、16位、32位處理器上。另外，μC/OS-II的構思巧妙，結構簡單、精煉，可讀性強，有足夠的穩定性和安全性，具備了實時操作系統的全部功能，在嵌入式系統領域有著廣泛的應用。

2 硬件設計

基于μC/OS-II的多任務系統在SOPC系統中的硬件實現與普通SOPC硬件設計相同，使用Quartus II創建設計工程，工程創建完成之后，創建頂層實體。創建完頂層設計文件后，使用SOPC Builder創建Nios II嵌入式處理器，添加、配置系統的外設IP，組成Nios II系統模塊。Nios II系統模塊設計完成之后要加入到該頂層實體中，然后進行其他片上邏輯的開發。系統整體開發流程如圖1所示。


3 軟件開發

利用Nios II IDE開發環境，使用C/C++語言編程設計。根據多任務系統的實際情況確定任務棧大小，并定義個任務棧;依照任務輕重緩急設定優先級，創建和編寫各具體任務，最后調用OSSTat()啟動MicroC/OS-II。具體開發流程如圖2所示。


4 具體實現方法

本文涉及內容已在Nios development Board CycloneII(EP2C35)中實現。通過在Quartus II中使用SOPCBuilder建立一個Nios II最小系統，然后在Nios II IDE編寫基于μC/OS-II實時操作系統的應用程序，同時運行3個任務，分別是LED跑馬燈、步進電機運行控制、LCD16207顯示字符。具體電路如圖3所示。


結 語

該方案已經在具體項目中實現。如果組成多任務的單任務能夠可靠運行，只要把Nios II IDE環境下的System Library設置成MicroC/OS-II，在源程序里加入μC/OS-II多任務的相關函數及必要的參數，把各個單任務程序整合到程序中，就可以在極短時間完成多任務的設計。若想開發成多任務專用集成電路(ASIC)，可以保持上述開發過程不變，使用Stratix FPGA系列芯片，在需要時，通過Altera的HardCopy設計中心將由FPGA構成的系統無縫移植為低成本、功能等價、引腳兼容的HardCopyII結構化的ASIC，是一個值得推廣的成熟、高效的設計方案。