,,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,Click to edit Master title style,,,,,,,,XUPT,嵌入式系統(tǒng),,原理與應用,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,Click to edit Master title style,,,,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,Click to edit Master title style,,,*,第八章,基于,µC/OS-II,的嵌入式應用程序開發(fā),,目 錄,8.1,嵌入式應用程序開發(fā)的特點,,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,8.5,應用程序設計及實例,2,8.1,嵌入式應用程序開發(fā)的特點,8.1.1,開發(fā)調(diào)試環(huán)境的建立,,,在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，典型的調(diào)試環(huán)境一般通常由三部分構(gòu)成：一是通用計算機（用來運行調(diào)試軟件，稱為調(diào)試主機）；二是協(xié)議轉(zhuǎn)換器（連接調(diào)試主機發(fā)出的高級命令與微處理器,JTAG,接口的低級命令之間的接口）；三是調(diào)試目標。硬件調(diào)試環(huán)境如下圖：,,3,8.1,嵌入式應用程序開發(fā)的特點,8.1.2,基于嵌入式處理器的直接編程技術(shù),,如果針對硬件電路直接設計應用程序，那么應用程序的代碼必須包括以下幾個部分：,,①啟動部分：硬件加電后首先運行（硬件檢測和資源分配）,,②處理器管理部分：實現(xiàn)處理器狀態(tài)轉(zhuǎn)換和寄存器使用等,,③外圍設備訪問部分：外圍設備（如串口）的初始化等,,④程序功能部分：實現(xiàn)程序所要完成的具體功能,,這樣設計程序?qū)υO計人員的能力要求是很高的。,,4,8.1,嵌入式應用程序開發(fā)的特點,8.1.3,基于嵌入式操作系統(tǒng)的編程技術(shù),,隨著嵌入式微處理器和程序設計技術(shù)的發(fā)展，人們把一個大的程序從功能上可劃分為三個部分：,,① 板級支持包（,BSP,）：其目的是屏蔽下層硬件，主要由,Boot Loader,和,Drivers,兩部分構(gòu)成。,,② 嵌入式實時操作系統(tǒng)（,RTOS,）。,,③ 應用程序：基于相應操作系統(tǒng)、在相應開發(fā)環(huán)境下設計的并最終運行在相應目標機上的程序。,,這里，可由掌握不同技術(shù)的人去設計不同的部分，并在三部分之間設計相應的接口以供三部分之間相互調(diào)用。,5,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,下面以一個簡單實例來說明基于,µC/OS-II,操作系統(tǒng)設計的嵌入式應用程序的結(jié)構(gòu)。,,程序清單,8.1,兩個,LED,交替閃爍,,#include “config.h” (1),,#define LED1 (1<<18) //,定義,LED1,，,P1.18,控制,LED1 (2),,#define LED2 (1<<19) //,定義,LED2,，,P1.19,控制,LED2 (3),,#define TASK_STACK_SIZE 128 //,定義用戶任務的堆棧長度,(4),,OS_STK task1Stk[TASK_STACK_SIZE]; //,定義任務,LED1,的堆棧,(5),,OS_STK task2Stk[TASK_STACK_SIZE]; //,定義任務,LED2,的堆棧,(6),,,void task1(void *pdata); //LED1,任務函數(shù)聲明,(7),,void task2(void *pdata); //LED2,任務函數(shù)聲明,(8),6,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,7,int main(void) //,主函數(shù),(9),,{,,OSInit(); //,初始化,µC/OS-II (10),,OSTaskCreate(task1,(void *)0, //,創(chuàng)建,LED1,任務,, //,優(yōu)先級為,4 (11),,OSTaskCreate(task2,(void *)0, //,創(chuàng)建,LED2,任務,, //,優(yōu)先級為,5 (12),,OSStart(); //,啟動,µC/OS-II,,任務開始執(zhí)行,(13),,return(0); (14),,},,// main,函數(shù)中所調(diào)用的,OSInit,、,OSTaskCreate,和,OSStart,，,是,,//µC/OS-II,操作系統(tǒng)提供的,API,函數(shù)。,,// main,函數(shù)并沒有直接調(diào)用,task1,和,task2,，只是在,main,中調(diào)用,,//OSTaskCreate,創(chuàng)建兩個任務時分別把,task1,和,task2,作為參數(shù)。,,,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,8,void task1(void *pdata) //,任務,LED1,函數(shù)定義,(15),,{,,pdata=pdata; //,防止出現(xiàn)編譯警告,(16),,TargetInit(); //,目標板初始化，包括初始化中斷系統(tǒng),(17),,PINSEL2 &=,～,0x08; //,選擇管腳,P1.18,～,25,為,GPIO (18),,IO1DIR |= 0x03<<18; //,設置,LED(P1.18,、,P1.19),為輸出,(19),,IO1SET = 0x03<<18; //LED1,和,LED2,熄滅,(20),,while(1) //,超級循環(huán),(21),,{,,IO1CLR=LED1; //,點亮,LED1 (22),,OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/4); //,延時,1/4,秒,(23),,IO1SET=LED1; //,熄滅,LED1 (24),,OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/4); //,延時,1/4,秒,(25),,},,},8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,9,void task2(void *pdata) //,任務,LED2,函數(shù)定義,(26),,{,,pdata=pdata; (27),,while(1) //,超級循環(huán),(28),,{,,IO1CLR=LED2; //,點亮,LED2 (29),,OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/3); //,延時,1/3,秒,(30),,IO1SET=LED2; //,熄滅,LED2 (31),,OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC/3); //,延時,1/3,秒,(32),,},,},,//task1,和,task2,中的“,pdata=pdata;”,是防止在編譯時出現(xiàn)警告。,,//task1,和,task2,中調(diào)用的,OSTimeDly,,是,µC/OS-II,提供的,API,函數(shù)。,,// PINSEL2,、,IO1DIR,等都是宏定義，代表寄存器地址，,給該寄,,//,存器賦值可以實現(xiàn)不同的功能，它們都在（*,.h,）文件中定義。,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,10,上述程序的功能是讓,2,個,LED,燈以不同的速度閃爍，其執(zhí)行流程如下圖：,,8.2 µC/OS-II,應用程序結(jié)構(gòu)分析,11,關(guān)于該程序的執(zhí)行過程作以下說明：,,①該程序首先從,main,函數(shù)開始執(zhí)行，初始化,µC/OS-II,，創(chuàng)建任務,task1,和,task2,，最后啟動,µC/OS-II,中任務調(diào)度程序的執(zhí)行。,,②任務調(diào)度程序、任務,task1,和,task2,、空閑任務（,µC/OS-II,中）等的交替執(zhí)行。當任務調(diào)度程序執(zhí)行后，任務調(diào)度程序會選擇當前處于就緒態(tài)的最高優(yōu)先級的任務來執(zhí)行；當正在執(zhí)行的任務調(diào)用延時函數(shù)延時時，就會掛起該任務，程序又會執(zhí)行調(diào)度程序來調(diào)度其它任務的執(zhí)行。,,③main,函數(shù)最后一條語句是,return(0),，但程序一直在任務調(diào)度程序、任務,task1,和,task2,等之間交替執(zhí)行，永遠也不會返回到,main,函數(shù)，所以永遠也不會執(zhí)行,return(0),。,,由以上分析可知，在使用,µC/OS-II,操作系統(tǒng)的嵌入式應用程序中，程序的基本結(jié)構(gòu)除,main,函數(shù)外，還包括一個個任務函數(shù)，當然也包括非任務函數(shù)。設計程序的任務主要是劃分和設計一個個任務函數(shù)。,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),8.3.1,任務的劃分與設計,,⒈ 任務的特性,,,任務的基本特性有：動態(tài)性、獨立性和并發(fā)性,,① 任務的動態(tài)性是指：在程序的運行過程中，各個任務的狀態(tài)是動態(tài)變化的。這些狀態(tài)有就緒態(tài)、運行態(tài)和等待態(tài)等。,,② 任務的獨立性是指：程序中的所有任務在邏輯上都是平等的。它們的執(zhí)行是由調(diào)度程序調(diào)度來實現(xiàn)的，這樣，在每個任務看來，,CPU,為自己獨占。任務之間要傳輸信息時必須通過第三方來完成，如消息郵箱等。,,③ 任務的并發(fā)性是指：所有任務共有一個,CPU,，但在某一時刻，一個,CPU,只能運行一個任務。高優(yōu)先級的任務可以剝奪另一個正在運行的低優(yōu)先級任務的運行權(quán)而進入運行狀態(tài)。高優(yōu)先級任務在運行一段時間后必須將自己掛起（如調(diào)用延時函數(shù)等） 以讓出,CPU,而讓處于就緒態(tài)的低優(yōu)先級的任務得到執(zhí)行。這樣所有任務的運行時間就會相互重疊，表面上看起來好象同時運行一樣。,12,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),⒉ 任務的劃分方法,,在進行任務劃分時，可以有不同的方案，但其要達到的目標都是一致的。首先要滿足系統(tǒng)對“實時性”的要求，其次要使任務數(shù)目合理和簡化軟件系統(tǒng)，最后要降低系統(tǒng)對資源的需求。任務的劃分有下列一些基本原則：,,① 設備依賴性任務的劃分：以,CPU,為中心，將與各種輸入,/,輸出設備相關(guān)的功能 分別劃分為獨立的任務（如鍵盤任務、顯示任務等）。,,② 關(guān)鍵任務的劃分：“關(guān)鍵性”是指某種功能在應用系統(tǒng)中的重要性。若該功能不能正常實現(xiàn)，將會造成重大影響，如火災報警中傳感器信號的檢測。,,③ 緊迫任務的劃分：“緊迫性”是指某種功能必須在規(guī)定的時間內(nèi)得到運行，并在規(guī)定的時刻前執(zhí)行完畢。,,此外，還有：數(shù)據(jù)處理任務的劃分、功能聚合任務的劃分、觸發(fā)條件相同任務的劃分、運行周期相同任務的劃分、順序操作任務的劃分等原則。這些原則只是一般性原則，設計任務時必須具體問題具體分析。,13,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),⒊ 任務函數(shù)的代碼結(jié)構(gòu),,在任務函數(shù)中，必須至少調(diào)用一次操作系統(tǒng)的服務函數(shù)，否則低優(yōu)先級的任務將永遠無法得到運行。按照執(zhí)行方式可以將任務函數(shù)的結(jié)構(gòu)分為三類。,,① 單次執(zhí)行的任務：此類任務在創(chuàng)建后只執(zhí)行一次，執(zhí)行結(jié)束后即自行刪除。其任務函數(shù)的代碼結(jié)構(gòu)如下：,,void MyTask(void *pdata) //,單次執(zhí)行的任務函數(shù),,{,,,進行準備工作的代碼；,,任務實體代碼；,,調(diào)用任務刪除函數(shù)；,//,調(diào)用,OSTaskDel(OS_PRIO_SELF),,},,“進行準備工作的代碼”完成各項準備工作，如定義和初始化變量等；“任務實體代碼”完成該任務的具體功能，通常包含對系統(tǒng)函數(shù)的調(diào)用，除若干臨界段代碼（中斷被關(guān)閉）外，其它代碼均可以被中斷，用以保證高優(yōu)先級的就緒任務能夠及時得到運行；“調(diào)用任務刪除函數(shù)”將自己刪除。,14,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),② 周期性執(zhí)行的任務,,此類任務在創(chuàng)建后按一個固定的周期來執(zhí)行。其任務函數(shù)的結(jié)構(gòu)如下：,,void MyTask(void *pdata) //,周期性執(zhí)行的任務函數(shù),,{,,,進行準備工作的代碼；,,,while (1) //,無限循環(huán),,{,,任務實體代碼；,,調(diào)用系統(tǒng)延時函數(shù)；,//,調(diào)用,OSTimeDly(),或,OSTimeDlyHMSM(),,},,},,“調(diào)用系統(tǒng)延時函數(shù)”使自己掛起，把,CPU,的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)（中的調(diào)度程序）來調(diào)度其它已經(jīng)就緒的最高優(yōu)先級的任務運行。當延時時間到后，該周期性任務重新進入就緒狀態(tài)。,15,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),③ 事件觸發(fā)執(zhí)行的任務,,此類任務在創(chuàng)建后，很快可以獲得運行權(quán)，但實體代碼的執(zhí)行需要等待某種事件的發(fā)生，在相關(guān)事件發(fā)生之前，該任務則被,µC/OS-II,掛起。其結(jié)構(gòu)如下：,,void MyTask(void *pdata) //,事件觸發(fā)執(zhí)行的任務函數(shù),,{,,,進行準備工作的代碼；,,,while (1) //,無限循環(huán),,{,,調(diào)用獲取事件的函數(shù)；,//,如等待信號量等,,任務實體代碼；,,,},,},,“調(diào)用獲取事件的函數(shù)”調(diào)用,µC/OS-II,提供的獲取某種事件（如信號量）的函數(shù)，來等待另外一個任務（或,ISR,）發(fā)出的信息，此后該任務處于掛起狀態(tài)；當另外一個任務（或,ISR,）調(diào)用了,µC/OS-II,提供的通信函數(shù)發(fā)出相關(guān)信息時，,µC/OS-II,就使該任務進入就緒狀態(tài)，并且通過任務調(diào)度，使該任務的實體代碼得到執(zhí)行。相關(guān)事件發(fā)生一次，任務實體代碼就執(zhí)行一次。,16,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),8.3.2,任務間的行為同步方法,,在實時操作系統(tǒng),µC/OS-II,的支持下，系統(tǒng)的整體功能是通過各個任務（包括,ISR,）的協(xié)同運行來實現(xiàn)的。一個任務的運行，往往需要和其它的任務配合才能達到預期的效果，任務之間的這種配合和協(xié)調(diào)關(guān)系就稱為任務間的行為同步。,,µC/OS-II,所提供的控制任務間行為同步的通信手段有：計數(shù)信號量、事件標志組、消息郵箱和消息隊列。,,通常使用的行為同步方法有：,,① 兩個任務之間的單向同步：即一個任務為控制方，它發(fā)出控制信息；而另一個任務為被控制方，它獲得控制方發(fā)出的控制信息后即進入就緒狀態(tài)。這可使用信號量來實現(xiàn)。,17,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),② 兩個任務之間的雙向同步：即兩個任務同為控制方和被控制方。在這種情況下，首先一個任務必須為控制方，它發(fā)出控制信息后就變?yōu)楸豢刂品?，此時其需等待另一個任務發(fā)出的控制信息后才能繼續(xù)運行；而另一個任務首先為被控制方，當它獲得控制方發(fā)出的控制信息后才能運行，并變?yōu)榭刂品?。這可使用消息郵箱來實現(xiàn)。,,③ 一個任務同步多個任務：即一個任務為控制方，它發(fā)出控制信息，來控制多個任務的執(zhí)行。此時可采用具有消息分發(fā)功能的通信機制（當然也可采用多個通信工具）來實現(xiàn)。,,④ 兩個以上任務同步一個任務：即多個任務為控制方，它們發(fā)出控制信息來控制一個任務的執(zhí)行。此時可采用“事件標志組”來實現(xiàn)。,,18,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),8.3.3,共享資源的同步方法,,被兩個以上并發(fā)程序單元（任務或,ISR,）訪問的資源稱為共享資源（如全局變量、外設等）。任務對共享資源進行訪問的代碼段落稱為關(guān)鍵段落。各個任務訪問同一共享資源的關(guān)鍵段落必須互斥，才能保障共享資源信息的可靠性和完整性。這種使得不同任務訪問共享資源時能夠確保共享資源信息可靠和完整的措施稱為共享資源同步。,,實現(xiàn)共享資源同步的方法有：關(guān)中斷、關(guān)調(diào)度、使用互斥信號量等。,,中斷有可能會引起任務切換，使某個低優(yōu)先級的任務掛起，使某個高優(yōu)先級的任務得到執(zhí)行。如果這兩個任務對同一個共享資源進行訪問，這就有可能引起錯誤的結(jié)果。此時可以關(guān)閉中斷。,,當共享資源的使用者全部是任務（即不包含,ISR,）時，就可以采用“關(guān)調(diào)度”的方法來訪問共享資源。關(guān)調(diào)度可使,µC/OS-II,的任務調(diào)度器停止工作，不能進行任務切換，從而保證關(guān)鍵段落代碼的執(zhí)行不會受到其它任務的干擾。,,當需要訪問的共享資源比較復雜，且訪問過程比較費時時，關(guān)中斷和關(guān)調(diào)度措施都會嚴重影響到系統(tǒng)的實時性。當該共享資源的使用者全部是任務（即不包含,ISR,）時，就可以采用互斥信號量的方法來訪問這個共享資源。,8.3 µC/OS-II,程序設計技術(shù),8.3.4,任務間的數(shù)據(jù)通信方法,,ISR,與任務函數(shù)在形式上與普通,C,函數(shù)沒有什么區(qū)別。,ISR,的運行是由異步事件引起的，任務函數(shù)的運行是由,µC/OS-II,中的調(diào)度器調(diào)度的，它們之間不能直接調(diào)用，其數(shù)據(jù)通信是通過以下幾種方法實現(xiàn)的。,,① 全局變量：,提供數(shù),據(jù)的任務或,ISR,向全局變量中寫數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)的任務或,ISR,從全局變量中讀數(shù)據(jù)，對全局變量的訪問必須遵循“共享資源同步”的規(guī)則。任務或,ISR,向全局變量中寫入數(shù)據(jù)后，并不能通知相關(guān)的任務，也就是不能實現(xiàn)“行為同步”。,,② 內(nèi)存數(shù)據(jù)塊：當需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大時，采用內(nèi)存數(shù)據(jù)塊來存放這些數(shù)據(jù)是最方便的。內(nèi)存數(shù)據(jù)塊是共享資源，也不能用來實現(xiàn)“行為同步”。,,③ 消息郵箱：當每次發(fā)送的數(shù)據(jù)都要求接收方及時接收時，在數(shù)據(jù)通信的同時必然發(fā)生“行為同步”，此時可使用消息郵箱，并,要求接收消息的任務總是在等待消息。,,④ 消息隊列：消息隊列是具有“行為同步”功能和緩沖功能的數(shù)據(jù)通信手段，它與消息郵箱的不同之處是可以存放多條消息。,20,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,所謂移植，就是使一個實時內(nèi)核能夠在某個微處理器或微控制器上運行。,µC/OS-Ⅱ,在設計時就已經(jīng)充分考慮了可移植性。,,8.4.1 µC/OS-II,對處理器的要求,,要使,µC/OS-Ⅱ,能正常運行，處理器平臺必須滿足以下要求：,,① 處理器的,C,編譯器能夠產(chǎn)生可重入代碼。,,② 用,C,語言就可以打開和關(guān)閉中斷。,,③ 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷,(,通常在,10,至,100Hz,之間,),。,,④ 處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù),(,一般是幾千字節(jié),),的硬件堆棧。,,⑤ 處理器有將堆棧指針和其它,CPU,寄存器讀出和存儲到堆棧（或內(nèi)存） 的指令。,,,LPC2000,系列微控制器（,ARM7,）可以滿足第③、④和⑤點的要求，所使用的,ADS1.2,的,C,編譯器可以滿足第①和②點要求。,21,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,8.4.2 µC/OS-II,移植所涉及的文件,,移植,µC/OS-Ⅱ,涉及到三個文件：,,⒈,OS_CPU.H,文件,,OS_CPU.H,文件是操作系統(tǒng)移植頭文件。其中包括了用,#define,定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和數(shù)據(jù)類型等。其文件結(jié)構(gòu)如下：,,…… //,數(shù)據(jù)類型,(,與編譯器相關(guān),),,,typedef,unsigned char INT8U; /*,無符號,8,位整數(shù) *,/,,,typedef,unsigned,int,OS_STK; /*,堆棧入口寬度為,16,位 *,/,,…… //,與處理器相關(guān)的代碼,,#define OS_ENTER_CRITICAL() ??? /*,禁止中斷 *,/,,#define OS_STK_GROWTH 1 //,堆棧增長方向：,1=,向下,, 0=,向上,,……,22,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,⒉,OS_CPU_A.ASM,文件,,OS_CPU_A.ASM,是與處理器有關(guān)的匯編語言代碼文件,,,主要進行任務切換。它在,ADS,中的后綴名為“,.S”,，即文件名為,OS_CPU_A.S,。其中要求用戶編寫的四個匯編語言函數(shù)為：,,①,OSStartHighRdy(),：,µC/OS-Ⅱ,啟動時運行優(yōu)先級最高的任務,,②,OSCtxSw(),：任務級的任務切換函數(shù),,③,OSIntCtxSw(),：中斷級的任務切換函數(shù),,④,OSTickISR(),：時鐘中斷處理函數(shù),,如果用戶的編譯器支持在,C,語言代碼中插入?yún)R編語言代碼的話，用戶就可以將所有與處理器相關(guān)的代碼放到,OS_CPU_C.C,文件中，而不必再擁有一些分散的匯編文件。,23,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,⒊,OS_CPU_C.C,文件,,OS_CPU_C.C,是移植中要修改的,C,語言程序文件。其中要求用戶編寫六個,C,語言函數(shù)：,,①,OSTaskStkInit(),：初始化任務的堆棧結(jié)構(gòu),,②,OSTaskCreateHook(),：創(chuàng)建任務鉤子函數(shù)，允許用戶擴展,µC/OS-Ⅱ,功能,,③,OSTaskDelHook(),：刪除任務鉤子函數(shù),,④,OSTaskSwHook(),：任務切換鉤子函數(shù),,⑤,OSTaskStatHook(),：統(tǒng)計任務鉤子函數(shù)，用來擴展統(tǒng)計任務的功能,,⑥,OSTimeTickHook(),：時鐘節(jié)拍鉤子函數(shù),,,用戶必須編寫的唯一函數(shù)是,OSTaskStkInit(),，其它五個鉤子函數(shù)是用來擴展相應的功能，必須聲明但不一定要包含代碼。,24,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,8.4.3 µC/OS-II,的移植過程及內(nèi)容,,移植,µC/OS-Ⅱ,到一個具體處理器的過程如下：,,第一步：設置,OS_CPU.H,文件中的數(shù)據(jù)類型等,,① 定義與編譯器無關(guān)的數(shù)據(jù)類型,,,µC/OS-Ⅱ,中沒有使用與編譯器相關(guān)的,C,中的,short,等數(shù)據(jù)類型，而是使用了如,INT16U,代表,16,位的無符號整數(shù)類型等。所以要對,INT16U,等進行重新定義。,,,typedef,unsigned short INT16U; /*,無符號,16,位整數(shù) *,/,,,② 用,#define,設置一個常量的值,,根據(jù)微處理器和,C,編譯器支持的堆棧增長方向來定義,µC/OS-Ⅱ,中的堆棧增長方向常量,,#define OS_STK_GROWTH 1 /*,堆棧是從上往下增長的 *,/,,③ 用,#define,聲明三個宏,,OS_ENTER_CRITICAL(),和,OS_EXIT_CRITICAL(),的功能分別是關(guān)中斷和開中斷。而宏,OS_TASK_SW(),的功能是在任務級進行任務調(diào)度。,25,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,第二步：編寫四個匯編語言函數(shù),(OS_CPU_A.ASM),,① OSStartHighRdy(),,在調(diào)用,OSStart(),之前，用戶必須至少已經(jīng)建立了自己的一個任務。當調(diào)用,OSStart(),時，它會調(diào)用,OSStartHighRdy(),運行優(yōu)先級最高的任務。,,②,OSCtxSw(),,該函數(shù)是任務級的任務切換函數(shù)，在任務因為被阻塞而主動請求或,CPU,調(diào)度時執(zhí)行。主要工作是先將當前任務的,CPU,現(xiàn)場保存到該任務堆棧中，然后獲得就緒的最高優(yōu)先級任務的堆棧指針，從該堆棧中恢復此,CPU,現(xiàn)場，使之繼續(xù)執(zhí)行，從而完成一次任務切換。,,③,OSIntCtxSw(),,該函數(shù)是中斷級的任務切換函數(shù)，在時鐘中斷,ISR,中發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級任務在等待時，不必返回被中斷的任務，而是直接調(diào)度就緒的高優(yōu)先級任務執(zhí)行。,,④,OSTickISR(),,該函數(shù)是時鐘中斷處理函數(shù)，主要負責處理時鐘中斷，調(diào)用系統(tǒng)實現(xiàn)的,OSTimeTick(),函數(shù)。如果有等待時鐘信號的高優(yōu)先級的任務，則需要在中斷級別上調(diào)用其執(zhí)行。,26,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,第三步：用,C,語言編寫六個簡單的函數(shù),(OS_CPU_C.C),,在這些函數(shù)中，,OSTaskStkInit(),是最重要的，其功能是初始化任務的棧結(jié)構(gòu)。,OSTaskStkInit(),的代碼如下：,,OS_STK *OSTaskStkInit(void (*task)(void *pd),void *pdata,OS_STK *ptos, INT16U opt),,{,,OS_STK *stk;,,opt = opt; // 'opt',沒使用，作用是避免編譯器警告,,stk = ptos; //,獲取堆棧指針,,*stk = (OS_STK) task; /* pc */ //,建立任務環(huán)境，,ADS1.2,使用滿遞減堆棧,,*--stk = (OS_STK) task; /* lr */,,*--stk = 0; /* r12 */,,*--stk = 0; /* r11 */,,*--stk = 0; /* r10 */,,*--stk = 0; /* r9 */,,*--stk = 0; /* r8 */,,*--stk = 0; /* r7 */,,*--stk = 0; /* r6 */,,*--stk = 0; /* r5 */,27,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,*,--stk = 0; /* r4 */,,*--stk = 0; /* r3 */,,*--stk = 0; /* r2 */,,*--stk = 0; /* r1 */,,*--stk = (unsigned int) pdata; /* r0,,第一個參數(shù)使用,R0,傳遞 *,/,,*--stk = (USER_USING_MODE|0x00); /* CPSR,，允許,IRQ,FIQ,中斷 *,/,,*--stk = 0; /*,關(guān)中斷計數(shù)器,OsEnterSum; */,,return (stk);,,},,,除,OSTaskStkInit(),之外，其余函數(shù)必須聲明，但不一定要包含代碼。,,第四步：測試,,一旦代碼移植結(jié)束，下一步工作就是測試。測試首先可以在沒有應用程序的情況下測試，也就是讓內(nèi)核自己測試自己。這樣做有兩個好處：第一，避免使問題復雜化；第二，如果出現(xiàn)問題，可以知道問題出在內(nèi)核代碼上。其次可以運行一些簡單的任務和時鐘節(jié)拍中斷服務例程。最后，一旦多任務調(diào)度成功地運行了，再添加應用程序的任務就是非常簡單的工作了。,28,8.4 µC/OS-II,在,ARM,微處理器上的移植,,8.4.4 µC/OS-II,的裁剪,,每個具體的嵌入式應用系統(tǒng)對實時操作系統(tǒng)的要求并不完全相同?？梢愿鶕?jù)實際情況，把不需要的系統(tǒng)服務刪除掉，即對其進行裁減。,,對,μC/OS-II,的裁剪是在配置文件,OS_CFG.H,中進行的，其配置項是由一系列,#define constant,語句構(gòu)成。通過設置不同的配置項，可以達到保留或裁剪不同功能、降低系統(tǒng)對存儲空間要求的目的。,,下面給出幾個常用的配置項：,,①,OS_MAX_EVENTS,：定義系統(tǒng)中最大的事件控制塊數(shù)量。,,②,OS_MAX_TASKS,：定義用戶程序中最大的任務數(shù)。其值不能大于,62,。,,③,OS_LOWEST_PRIO,：設定系統(tǒng)中的任務最低優(yōu)先級（,0,最高，,63,最低）。,,④,OS_MAX_QS,：定義系統(tǒng)中最大的消息隊列數(shù)。,,⑤,OS_CPU_HOOKS_EN,：此常量設定是否在文件,OS_CPU_C.C,中聲明對外接口函數(shù)。,29,8.5,應用程序設計及實例,要讓,µC/OS-Ⅱ,能夠在,ARM,處理器上運行，就要對其進行移植，編寫移植代碼；而要在,µC/OS-Ⅱ,操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上設計應用程序，并且讓其能夠在,ARM,處理器上運行，還需要做那些工作呢？,,當,ARM,芯片加電復位后，系統(tǒng)就會進入管理模式、,ARM,狀態(tài)，其,PC,（,R15,）寄存器的初始值為,0x00000000,，此時系統(tǒng)從,0x00000000,處開始執(zhí)行程序。程序首先應該對硬件及其運行環(huán)境進行初始化，然后才能轉(zhuǎn)入相應的功能處理程序去運行。因此所設計程序分為兩部分：硬件及其運行環(huán)境初始化部分和應用程序部分。,30,8.5,應用程序設計及實例,8.5.1,硬件及其運行環(huán)境初始化,,ARM,公司只設計內(nèi)核，并不生產(chǎn)芯片，它把內(nèi)核授權(quán)給其他廠商，其他廠商購買了授權(quán)后加入自己的外設，生產(chǎn)出各具特色的芯片。依據(jù)這種情況，并不容易設計出統(tǒng)一的初始化代碼。,,在一般,32,位,ARM,應用系統(tǒng)中，軟件大多數(shù)采用,C,語言進行編寫，但為了能夠進行系統(tǒng)初始化，通常會用一個匯編文件作為啟動代碼。根據(jù)具體設計方法不同，一個應用系統(tǒng)中會包含多個文件。下面分別介紹可能的各個文件。,,⒈ 啟動代碼（,STARTUP.S,）,,啟動代碼文件是用匯編語言編寫的，內(nèi)容包括：中斷異常向量表的定義、各異常處理函數(shù)的定義、,ARM,控制器各工作模式堆棧的定義、芯片加密處理以及相關(guān)常量的定義、標識符的引入與導出等。,31,8.5,應用程序設計及實例,下面給出,LPC2131,的部分初始化代碼：,,;,各模式堆棧大小的常量定義,,SVC_STACK_LEGTH EQU 0,,FIQ_STACK_LEGTH EQU 0,,IRQ_STACK_LEGTH EQU 256,,ABT_STACK_LEGTH EQU 0,,UND_STACK_LEGTH EQU 0,,;,各模式常量定義,,NoFIQ EQU 0x40 ;F,位，,Bit6,,NoInt EQU 0x80 ;I,位，,Bit7,,USR32Mode EQU 0x10 ;,用戶模式：,10000,,SVC32Mode EQU 0x13 ;,管理模式：,10011,,SYS32Mode EQU 0x1f ;,系統(tǒng)模式：,11111,,FIQ32Mode EQU 0x11 ;FIQ,中斷模式：,10001,,IRQ32Mode EQU 0x12 ;IRQ,中斷模式：,10010,32,8.5,應用程序設計及實例,;,引入的外部標識符（在本文件中使用而在其他文件中定義）,,IMPORT __use_no_semihosting_swi,,,IMPORT FIQ_Exception ;,快速中斷異常處理程序,,,IMPORT TargetResetInit ;,目標板基本初始化,,,IMPORT __main ;C,語言主程序入口,,;,輸出到外部的標識符（在本文件定義而在其他文件中可以使用）,,EXPORT bottom_of_heap,,EXPORT StackUsr,,EXPORT Reset,,EXPORT __user_initial_stackheap,,,CODE32,,AREA vectors,CODE,READONLY,,ENTRY,33,8.5,應用程序設計及實例,;,中斷異常向量表定義,,Reset,,LDR PC, ResetAddr ;0x00,：復位,,,LDR PC, UndefinedAddr ;0x04,：未定義地址,,,LDR PC, SWI_Addr ;0x08,：軟件中斷,,,LDR PC, PrefetchAddr ;0x0C,：預取指中止,,,LDR PC, DataAbortAddr ;0x10,：數(shù)據(jù)中止,,,DCD 0xb9205f80 ;0x14,：保留,,,LDR PC, [PC, #-0xff0] ;0x18,：,IRQ,中斷,,,LDR PC, FIQ_Addr ;0x1C,：,FIQ,中斷,,;,各異常處理程序地址,,ResetAddr DCD ResetInit ;,復位初始化處理程序地址,,UndefinedAddr DCD Undefined ;,未定義指令處理程序地址,,SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt ;,軟件中斷處理程序地址,,PrefetchAddr DCD PrefetchAbort ;,預取指中止處理程序地址,,DataAbortAddr DCD DataAbort ;,數(shù)據(jù)中止處理程序地址,34,8.5,應用程序設計及實例,Nouse DCD 0 ;,未使用,,IRQ_Addr DCD 0 ;IRQ,中斷，在“,LDR PC,[PC, #-0xff0]”,中處理,,FIQ_Addr DCD FIQ_Handler ;FIQ,中斷處理程序地址,,;,各異常處理程序、開,/,關(guān)中斷處理程序,(SWI),定義,,Undefined ;,未定義指令,,,B Undefined ;,死循環(huán),,PrefetchAbort ;,取指令中止,,,B PrefetchAbort ;,死循環(huán),,DataAbort ;,取數(shù)據(jù)中止,,,B DataAbort,,FIQ_Handler ;,快速中斷,,,STMFD SP!, {R0-R3, LR} ;,寄存器,R0-R3,，,LR,入棧,,,BL FIQ_Exception ;,調(diào)用,FIQ,異常處理程序（,Target.c,）,,,LDMFD SP!, {R0-R3, LR} ;,寄存器,R0-R3,，,LR,出棧,,,SUBS PC, LR, #4 ;,計算返回地址,35,8.5,應用程序設計及實例,SoftwareInterrupt ;,軟中斷，中斷號為,0,～,3,,CMP R0, #4 ;,判斷傳過來的參數(shù)是否大于,4,,LDRLO PC, [PC,R0,LSL #2] ;,如果小于,4,，參數(shù)正確，進行查表,,,MOVS PC, LR ;,否則，參數(shù)出錯，返回,,SwiFunction,,DCD IRQDisable ;0,號調(diào)用，禁止,IRQ,中斷,,,DCD IRQEnable ;1,號調(diào)用，使能,IRQ,中斷,,,DCD FIQDisable ;2,號調(diào)用，禁止,FIQ,中斷,,,DCD FIQEnable ;3,號調(diào)用，使能,FIQ,中斷,,IRQDisable ;,禁止,IRQ,中斷,,,MRS R0, SPSR ;,讀取,SPSR,的值,,,ORR R0, R0, #NoInt ;,設置關(guān),IRQ,中斷（置位,I,位）,,,MSR SPSR_c, R0 ;,回寫,SPSR,,MOVS PC, LR ;,返回,36,8.5,應用程序設計及實例,IRQEnable ;,使能,IRQ,中斷,,,MRS R0, SPSR ;,讀取,SPSR,的值,,,BIC R0, R0, #NoInt ;,設置開,IRQ,中斷（清零,I,位）,,,MSR SPSR_c, R0 ;,回寫,SPSR,,MOVS PC, LR ;,返回,,FIQDisable ;,禁止,FIQ,中斷,,,MRS R0, SPSR ;,讀取,SPSR,的值,,,ORR R0, R0, #NoFIQ ;,（置位,F,位）,,,MSR SPSR_c, R0 ;,回寫,SPSR,（設置關(guān),FIQ,中斷）,,,MOVS PC, LR ;,返回,,FIQEnable ;,使能,FIQ,中斷,,,MRS R0, SPSR ;,讀取,SPSR,的值,,,BIC R0, R0, #NoFIQ ;,（清零,F,位）,,,MSR SPSR_c, R0 ;,回寫,SPSR,（設置開,FIQ,中斷）,,,MOVS PC, LR ;,返回,37,8.5,應用程序設計及實例,;,各模式堆棧初始化,,InitStack ;,此時禁止,IRQ,（,I=1,）和,FIQ,（,F=1,），且為,ARM,狀態(tài)（,T=0,）,,,MOV R0, LR,,MSR CPSR_c, #0xd3 ;,設置管理模式堆棧,,,LDR SP, StackSvc,,MSR CPSR_c, #0xd2 ;,設置中斷模式堆棧,,,LDR SP, StackIrq,,MSR CPSR_c, #0xd1 ;,設置快速中斷模式堆棧,,,LDR SP, StackFiq,,MSR CPSR_c, #0xd7 ;,設置中止模式堆棧,,,LDR SP, StackAbt,,MSR CPSR_c, #0xdb ;,設置未定義模式堆棧,,,LDR SP, StackUnd,,MSR CPSR_c, #0xdf ;,設置系統(tǒng)模式堆棧,38,8.5,應用程序設計及實例,;,切換到系統(tǒng)模式之后，除非進行模式切換，否則將在系統(tǒng)模式下運行。,,,LDR SP, =StackUsr,,MOV PC, R0 ;,返回,,;,復位異常處理程序,,ResetInit,,BL InitStack ;,初始化堆棧,,,BL TargetResetInit ;,目標板基本初始化,(target.c),,B __main ;,跳轉(zhuǎn)到,C,語言入口,,;,庫函數(shù)初始化堆和棧，不能刪除,,__user_initial_stackheap,,LDR R0,=bottom_of_heap,,MOV PC,LR,,StackSvc DCD SvcStackSpace+(SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4 ;,管理模式堆棧,,StackIrq DCD IrqStackSpace+(IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4 ;IRQ,模式堆棧,,StackFiq DCD FiqStackSpace+(FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4 ;FIQ,模式堆棧,,StackAbt DCD AbtStackSpace+(ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4 ;,中止模式堆棧,,StackUnd DCD UndtStackSpace+(UND_STACK_LEGTH - 1)* 4 ;,未定義模式堆棧,39,8.5,應用程序設計及實例,;,芯片加密處理,,,IF :DEF: EN_CRP,,IF . >= 0x1fc,,INFO 1,"\nThe data at 0x000001fc must be 0x87654321.\nPlease delete some source before this line.",,ENDIF,,CrpData,,WHILE . < 0x1fc,,NOP ;,循環(huán)用,NOP,填充，直到,0x1fc,,WEND,,CrpData1,,DCD 0x87654321 ;,當此數(shù)為,0x87654321,時，用戶程序被保護,,,ENDIF,40,8.5,應用程序設計及實例,;,各模式堆棧空間分配,,,AREA MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2 ;,通過分散加載文件定位,,SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;,管理模式堆?？臻g,,IrqStackSpace SPACE IRQ_STACK_LEGTH * 4 ;,中斷模式堆?？臻g,,FiqStackSpace SPACE FIQ_STACK_LEGTH * 4 ;,快速中斷模式堆?？臻g,,AbtStackSpace SPACE ABT_STACK_LEGTH * 4 ;,中止模式堆棧空間,,UndtStackSpace SPACE UND_STACK_LEGTH * 4 ;,未定義模式堆?？臻g,,,AREA Heap, DATA, NOINIT ;Heap,通過分散加載文件定位,,bottom_of_heap SPACE 1,,AREA Stacks, DATA, NOINIT ;Stacks,通過分散加載文件定位,,StackUsr,,END,41,8.5,應用程序設計及實例,從前面知道，,ARM,芯片復位后，系統(tǒng)進入管理模式、,ARM,狀態(tài)，此時,PC,寄存器的值為,0x00000000,,系統(tǒng)就從,0x00000000,處開始執(zhí)行程序。而,0x00000000,處放置著異常向量表，程序?qū)⒏鶕?jù)異常向量表進行跳轉(zhuǎn)。其執(zhí)行過程如下：,,① 芯片根據(jù)異常處理程序地址表，得到復位處理程序（,ResetInit,）的地址，并跳轉(zhuǎn)到復位處理程序（,ResetInit,）處去執(zhí)行。,,② 調(diào)用,InitStack(),函數(shù)，初始化,ARM,處理器各工作模式的堆棧。,,③ 調(diào)用目標板初始化函數(shù)（在,TARGET.C,中定義），初始化目標板。,,④ 跳轉(zhuǎn)到用戶,C,程序入口,main(),處，執(zhí)行用戶程序。,,在芯片啟動過程中，在堆棧初始化（,InitStack(),函數(shù)）的末尾，處理器切換到系統(tǒng)模式，因而用戶程序是在系統(tǒng)模式下運行的。,42,8.5,應用程序設計及實例,⒉ 目標板初始化（,TARGET.C,）,,目標板初始化代碼文件是用,C,語言編寫的，其內(nèi)容主要包括：啟動代碼調(diào)用的初始化函數(shù)、用戶調(diào)用的初始化函數(shù)、一些異常處理函數(shù)以及一些系統(tǒng)庫函數(shù)的實現(xiàn)等。,,⒊ 有關(guān)的頭文件（*,.H,）,,要設計一個系統(tǒng)，為了進行必要類型定義、常量與變量聲明以及函數(shù)聲明等，會有各種各樣的頭文件。如下：,,① 用戶配置文件（,config.h,）：包含一些類型定義和系統(tǒng)時鐘定義。,,②,target.h,文件：包含一些特殊定義和開,/,關(guān),IRQ,中斷、,FIQ,中斷的函數(shù)聲明。根據(jù)所用的目標板和編譯器的要求來修改該文件。,,③,LPC2294.h,文件：包含,LPC2000,系列芯片的特殊寄存器定義文件，其中包含特殊寄存器的定義及固件程序函數(shù)的聲明。,43,8.5,應用程序設計及實例,44,⒋ 分散加載文件（*,.scf,）,,有時候希望把不同的代碼放在不同的存儲空間上，也就是生成的映像文件需要包含多個域，每個域在加載和運行時可以有不同的地址。要生成這樣的映像文件，必須通過某種方式告訴連接器相關(guān)的地址映射關(guān)系。在,ADS,中，可以通過分散加載機制實現(xiàn)。,,8.5.2,應用程序設計,,（參考書中相關(guān)實例）,,,,,（完）,