DSP Flash存儲器中運(yùn)行μC/OS-II的研究

　　引言

　　在作為國家863計(jì)劃子項(xiàng)目挖掘機(jī)智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)中，出現(xiàn)了智能化挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)不按照預(yù)先設(shè)定好的軌跡運(yùn)行和嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ調(diào)度紊亂等失控問題。該智能化系統(tǒng)中采用了μC/OS-Ⅱ，通過位移傳感器實(shí)時(shí)采集挖掘機(jī)的鏟斗、斗桿和動臂等3路角度信號，通過算法規(guī)劃路徑驅(qū)動液壓比例閥實(shí)現(xiàn)平行推進(jìn)、鏟斗挖掘等典型作業(yè)。本文主要針對課題遇到的問題，重點(diǎn)闡述μC/OS-Ⅱ在芯片內(nèi)Flash存儲器運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵問題的分析與解決辦法。

　　1μC/OS-Ⅱ在Flash存儲器中的運(yùn)行

　　1.1 μC/OS-Ⅱ的特點(diǎn)與功能

　　μC/OS-Ⅱ是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的嵌入式操作系統(tǒng)，它采用可剝奪型內(nèi)核。所有的任務(wù)都有優(yōu)先級，多任務(wù)之間優(yōu)先級高的可以中斷執(zhí)行中的低優(yōu)先級任務(wù)而優(yōu)先執(zhí)行。

　　它的特點(diǎn)主要有：公開源代碼、可移植性、可固化、可裁減、支持多任務(wù)、具有可確定性等。μC/OS-Ⅱ是基于優(yōu)先級搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，包含了實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步(信號量、郵箱、消息隊(duì)列)和內(nèi)存管理等功能。

　　1.2關(guān)鍵問題

　　在完成了智能控制軟件后，就是將之嵌入到μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)中。遇到的主要問題是移植好的μC/OS-Ⅱ源代碼在聞亭的目標(biāo)板上在線仿真時(shí)，把.out文件下載到RAM中能正常執(zhí)行，但是用CCS燒寫到Flash存儲器中就不能正常執(zhí)行，出現(xiàn)智能化挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)不按照預(yù)先設(shè)定好的軌跡運(yùn)行和μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)多任務(wù)調(diào)度紊亂等失控問題，尤其是在課題的后期驗(yàn)收階段問題尤為棘手。

　　1.3原因分析

　　程序固化的關(guān)鍵問題是如何在程序存儲器中分配存儲空間給常量和用const關(guān)鍵字定義的靜態(tài)、全局變量。經(jīng)過仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)與TI的C編譯器功能有關(guān)。CCS的編譯器按照標(biāo)準(zhǔn)C，沒有對Flash ROM中常數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接訪問的功能。所以必須讓const段的常量數(shù)據(jù)在RAM中。

　　實(shí)現(xiàn)這一條件的方法有3種：

　　a)方法1：解決μC/OS-Ⅱ在Flash中運(yùn)行的方法，采用去除const關(guān)鍵字，在程序中賦初值使用，并且需要在.cmd文件中將.cinit段分配到程序區(qū)Flash存儲空間，然后在編譯器的編譯選項(xiàng)中選中“-C”，即ROM初始化(C編譯器默認(rèn)就是這樣的)。

　　b)方法2：不對定義作修改，.const段保存在Flash存儲器中，數(shù)據(jù)不向數(shù)據(jù)存儲器移動，程序運(yùn)行時(shí)直接在程序存儲空間中訪問這些量。由于c語言缺乏訪問程序區(qū)數(shù)據(jù)的有效手段，因此這些語句只能使用匯編語言編寫。由于在每一處訪問這些常量時(shí)都必須使用這些語句，因此這樣編寫程序改動量較大。

　　c)方法3：不需要修改常量定義，也不必編寫專門的程序，主要的工作是修改.cmd文件并對工程中使用的庫文件作簡單的修改，修改工作量小而且集中，極大地方便了程序的編寫。較之前兩種方法，這種方法運(yùn)用起來要方便得多。

　　2關(guān)鍵問題的解決與實(shí)現(xiàn)

　　以下分別介紹方法1和方法3的具體實(shí)現(xiàn)。

　　2.1方法1

　　解決μC/OS-Ⅱ在Flash存儲器中運(yùn)行的方法，即去除const關(guān)鍵字，在程序中賦初值使用，以μC/OS-Ⅱ的更改為例：

　　2.1.1問題的發(fā)現(xiàn)

　　μC/OS-Ⅱ的程序燒寫到Flash中的問題，剛開始懷疑是分配存儲器的cmd文件有問題，然后相關(guān)的又想到程序的大小問題，特別是在咨詢聞亭的技術(shù)人員告知大于1 kB的程序要分開燒后，甚至懷疑聞亭的仿真器和開發(fā)板。后來實(shí)驗(yàn)使用合眾達(dá)的板子是同樣的效果，并且發(fā)現(xiàn)不帶μC/OS的大小程序都能正常執(zhí)行，基本排除了程序大小的問題以及硬件問題。后來通過對μC/OS系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度前加LED函數(shù)，發(fā)現(xiàn)：直到多任務(wù)調(diào)度前都能正常執(zhí)行，開始多任務(wù)調(diào)度后就出了問題。到這里確定問題出在μC/OS-Ⅱ上，但是μC/OS-Ⅱ的移植是其他人員做的，其他本身沒有做過嚴(yán)格測試，也沒有燒到Flash存儲器中運(yùn)行過，對整個(gè)課題產(chǎn)生致命的影響。最后課題組分析了程序在Flash存儲器中運(yùn)行與在RAM中運(yùn)行的本質(zhì)區(qū)別，提出一個(gè)重要的建議：可能有系統(tǒng)需要的常量定義在擴(kuò)展RAM區(qū)了，當(dāng)?shù)綦姾?，RAM區(qū)的內(nèi)容沒有了，常量也就沒有了，影響了系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　通過查看工程的cmd文件和編譯輸出的map文件，發(fā)現(xiàn)確實(shí)有系統(tǒng)內(nèi)核的常量放在8000h以后的擴(kuò)展RAM區(qū)。見下面map文件引用：

?

　　然后在OS_CORE.C中找到了常量的位置，分別是掩碼表：INT8U const OSMapTbl[]和任務(wù)優(yōu)先級判定表：INT8U const OSUnMapTbl[]

　　通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燒寫程序到Flash存儲器中之后，如果不關(guān)電源，而直接拔掉USB，從Flash存儲器引導(dǎo)，復(fù)位后程序能正常執(zhí)行，但是關(guān)電后就不能了。經(jīng)查看，F(xiàn)lash存儲器燒寫過程是先將程序裝載到RAM，再搬移到Flash存儲器中，所以不掉電所有程序都在RAM中有保留，但是程序確能從Flash存儲器引導(dǎo)。這樣，就確定了確實(shí)是這些常量放在RAM中引起的。但是并不像開始想象的那樣，把常量直接定義在Flash存儲器區(qū)就能解決，但可以通過程序賦值來初始化這些常量，而不通過編譯來初始化，這是一個(gè)不一定最好但很有效的辦法。

　　2.1.2修改方法

　　按照上面的思路，對μC/OS作了如下3處修改：

　　a)OS_CORE.C文件中上面兩個(gè)數(shù)組的上面的初始化定義改為下面兩個(gè)初始化函數(shù)：

?

　　b)對μC/OS-Ⅱ.H函數(shù)進(jìn)行修改：將外部變量弓用的定義

?

　　c)在主程序的main()函數(shù)中的多任務(wù)調(diào)度函數(shù)執(zhí)行前調(diào)用前面的兩個(gè)初始化函數(shù)，如下：

?

　　此方法用一句話總結(jié)，就是將常量定義成變量，以賦值語句的方式初始化到RAM中。