μC/OS-II在Cortex-M3系列單片機上的移植

引言

　　μC/OSII是一種簡單高效、源代碼公開的實時嵌入式操作系統，具有良好的擴展性和可移植性，被廣泛應用到各種嵌入式處理器上；對于提高產品的質量，減少開發周期和降低成本有著重要的意義。本文以μC/OSII為移植對象，以ARM CortexM3內核微處理器為移植目標來討論其移植過程及應用。

　　1 μC/OSII及ARM CortexM3簡介

　　實時操作系統μC/OSII是一個基于優先級的搶占式實時內核，程序可讀性強，移植性好，代碼固定，可裁剪，非常靈活。至今，從8位到64位，μC/OSII已在超過40種不同架構的微處理器上運行。μC/OSII的主要特點有：是優先級可剝奪的實時多任務操作系統；可處理和調度56個用戶任務，任務的優先級可以動態調整；提供任務間通信、同步使用的信號量、郵箱和消息隊列；具有良好的可裁剪性，可盡量減小系統的ROM和RAM大小。

　　ARM是目前嵌入式領域應用最廣泛的RISC微處理器結構，它以低成本、低功耗、高性能等優點占據了嵌入式系統應用領域的領先地位。當前ARM系列的處理器有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11等多個產品。CortexM3內核是 ARM公司于2006年推出的一款高性能處理器內核，是ARM新型 V7指令集結構系列的微控制器版本，可用于企業應用、汽車系統、家庭網絡和無線技術等領域。其主要特點是：

　　① 功耗低；

　　② 內核的門數少，具有優異的性價比；

　　③ 中斷延時短；

　　④ 調試成本低；

　　⑤ 具有嵌套向量中斷控制器（NVIC），與處理器內核緊密結合實現低延遲的中斷處理；

　　⑥ 具有可裁減的存儲器保護單元（MPU），用于對存儲器進行保護。

　　2 移植μC/OSII

　　Luminary Micro公司的LM3S系列微控制器包含運行在 50 MHz頻率下的ARM CortexM3 MCU內核、嵌入式Flash和SRAM、1個低壓降的穩壓器、集成的掉電復位和上電復位功能、模擬比較器、10位ADC、SSI、GPIO、看門狗和通用定時器、UART、I2C、運動控制PWM以及正交編碼器（quadrature encoder）輸入，非常適合樓宇和家庭自動化、工廠自動化和控制、工控電源設備、步進電機、有刷和無刷DC馬達、AC感應電動機等方面的應用。

　　本移植在如下環境中完成：編譯工具采用IAR FOR ARM,目標板采用周立功公司的LM3S8962微控制器EasyARM8962開發板。主機通過LMLINK JTAG連接目標板以建立交叉開發調試環境。

　　移植過程中,μC/OSII的核心源代碼不用修改,可以直接放在μC/OSII Source文件夾中。μC/OSII\Ports目錄存放μC/OSII基于LM3S單片機的移植代碼，包括OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU.H三個必要的文件。Target目錄中的Startup.S文件是單片機的啟動代碼和中斷向量表，Target.C和Target.H提供單片機初始化函數TargetInit()和其他簡單的外設控制API函數。層次結構如圖1所示。

圖1 層次結構

　　將μC/OSII移植到ARM處理器上需要修改3個與ARM體系結構相關的文件： OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。下面分別介紹這3個文件的移植工作。

　　（1） OS_CPU.H文件

　　包含μC/OSII所需要的常量、宏和自定義類型等。

　　① OS_CPU.H定義的數據類型。在這次移植中μC/OSII重新定義了數據類型，如下所示：

　　② 修改與ARM處理器相關的內容。不同處理器的堆棧增長方向是不一樣的，ARM CortexM3的堆棧是從高地址往低地址增長的，OS_STK_GROWTH設為1，程序如下：

#defineOS_STK_GROWTH1