uC/OS-II在嵌入式平臺(tái)上進(jìn)行移植的技巧

　引言
　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的使用，能夠簡化嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，有效地確保穩(wěn)定性和可靠性，便于維護(hù)和二次開發(fā)。
　　μC/OS-II是一個(gè)基于搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性，除此以外，μC/OS-II的鮮明特點(diǎn)就是源碼公開，便于移植和維護(hù)。
　　在μC/OS-II官方的主頁上可以查找到一個(gè)比較全面的移植范例列表。但是，在實(shí)際的開發(fā)項(xiàng)目中，仍然沒有針對(duì)項(xiàng)目所采用芯片或開發(fā)工具的合適版本。那么，不妨自己根據(jù)需要進(jìn)行移植。
　　本文則以在TMS320C6711 DSP上的移植過程為例，分析了μC/OS-II在嵌入式開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行移植的一般方法和技巧，μC/OS-II移植的基本步驟 。
　　在選定了系統(tǒng)平臺(tái)和開發(fā)工具之后，進(jìn)行μC/OS-II的移植工作，一般需要遵循以下的幾個(gè)步驟：
　　● 深入了解所采用的系統(tǒng)核心
　　● 分析所采用的C語言開發(fā)工具的特點(diǎn)
　　● 編寫移植代碼
　　● 進(jìn)行移植的測試
　　● 針對(duì)項(xiàng)目的開發(fā)平臺(tái)，封裝服務(wù)函數(shù)
　?。愃?0x86版本的PC.C和PC.H）
　　系統(tǒng)核心
　　無論項(xiàng)目所采用的系統(tǒng)核心是MCU、DSP、MPU，進(jìn)行μC/OS-II的移植時(shí)，所需要關(guān)注的細(xì)節(jié)都是相近的。
　　首先，是芯片的中斷處理機(jī)制，如何開啟、屏蔽中斷，可否保存前一次中斷狀態(tài)等。還有，芯片是否有軟中斷或是陷阱指令，又是如何觸發(fā)的。
　　此外，還需關(guān)注系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)器的使用機(jī)制，諸如內(nèi)存的地址空間，堆棧的增長方向，有無批量壓棧的指令等。
　　在本例中，使用的是TMS320C6711 DSP。這是TI公司6000系列中的一款浮點(diǎn)型號(hào)，由于其時(shí)鐘頻率非常高，且采用了超常指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)、類RISC指令集、多級(jí)流水等技術(shù)，所以運(yùn)算性能相當(dāng)強(qiáng)大，在通信設(shè)備、圖像處理、醫(yī)療儀器等方面都有著廣泛的應(yīng)用。
　　在C6711中，中斷有3種類型，即復(fù)位、不可屏蔽中斷（NMI）和可屏蔽中斷（INT4-INT15）?？善帘沃袛嘤?a href='http://www.ttokpm.com/tags/csr/' target='_blank' class='arckwlink_none'>CSR寄存器控制全局使能，此外也可用IER寄存器分別置位使能。而在C6711中并沒有軟中斷機(jī)制，所以μC/OS-II的任務(wù)切換需要編寫一個(gè)專門的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
　　此外，C6711也沒有專門的中斷返回指令、批量壓棧指令，所以相應(yīng)的任務(wù)切換代碼均需編程完成。由于采用了類RISC核心，C6711的內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，只有A0-A15和B0-B15這兩組32bit的通用寄存器。
　　C語言開發(fā)工具
　　無論所使用的系統(tǒng)核心是什么，C語言開發(fā)工具對(duì)于μC/OS-II是必不可少的。
　　最簡單的信息可以從開發(fā)工具的手冊中查找，比如：C語言各種數(shù)據(jù)類型分別編譯為多少字節(jié)；是否支持嵌入式匯編，格式要求怎樣；是否支持“interrupt”非標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵字聲明的中斷函數(shù)；是否支持匯編代碼列表（list）功能，等等。
　　上述的這樣一些特性，會(huì)給嵌入式的開發(fā)帶來很多便利。TI的C語言開發(fā)工具CCS for C6000就包含上述的所有功能。
　　而在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步地弄清開發(fā)工具的一些技術(shù)細(xì)節(jié)，以便進(jìn)行之后真正的移植工作。
　　首先，開啟C編譯器的“匯編代碼列表（list）”功能，這樣編譯器就會(huì)為每個(gè)C語言源文件生成其對(duì)應(yīng)的匯編代碼文件。
　　在CCS開發(fā)環(huán)境中的方法是：在菜單“/Project/Build options”的“Feedback”欄中選擇“Interlisting：Opt/C and ASM（-s）”；或者，也可以直接在CCS的C編譯命令行中加上“-s”參數(shù)。
　　然后分別編寫幾個(gè)簡單的函數(shù)進(jìn)行編譯，比較C源代碼和編譯生成的匯編代碼。例如：
　　void FUNC_TEMP （void）
　　{
　　Func_tmp2（）; //調(diào)用任一個(gè)函數(shù)
　　}
　　在CCS中編譯后生成的ASM代碼為：
　　.asg B15， SP // 宏定義
　　_FUNC_TEMP：
　　STW B3，*SP--（8） // 入棧
　　NOP 2
　　CALL _ Func_tmp2 //-----------
　　MVKL BACK， B3 // 函數(shù)調(diào)用
　　MVKH BACK， B3 //-----------
　　NOP 3
　　BACK： LDW *++SP（8），B3 // 出棧
　　NOP 4
　　RET B3 // 函數(shù)返回
　　NOP 5
　　由此可見，在CCS編譯器的規(guī)則中，B15寄存器被用作堆棧指針，使用通用存取指令進(jìn)行棧操作，而且堆棧指針必須以8字節(jié)為單位改變。
　　此外，B3寄存器被用來保存函數(shù)調(diào)用時(shí)的返回地址，在函數(shù)執(zhí)行之前需要入棧保護(hù)，直到函數(shù)返回前再出棧。
　　當(dāng)然，CCS的C編譯器對(duì)于每個(gè)通用寄存器都有約定的用途，但對(duì)于μC/OS-II的移植來說，了解以上信息就足夠了。
　　最后，再編寫一個(gè)用“interrupt”關(guān)鍵字聲明的函數(shù)：
　　interrupt void ISR_TEMP （void）
　　{
　　int a;
　　a=0;
　　}
　　生成的ASM代碼為：
　　_ISR_TEMP：
　　STW B4，*SP--（8） // 入棧
　　NOP 2
　　ZERO B4 //---------
　　STW B4，*+SP（4） // a=0
　　NOP 2 //----------
　　B IRP // 中斷返回
　　LDW *++SP（8），B4 // 出棧
　　NOP 4
　　與前一段代碼相比，對(duì)于中斷函數(shù)的編譯，有兩點(diǎn)不同：
　　● 函數(shù)的返回地址不再使用B3寄存器，相應(yīng)地也無需將B3入棧。（IRP寄存器能自動(dòng)保存中斷發(fā)生時(shí)的程序地址）
　　● 編譯器會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)中斷函數(shù)所用到的寄存器，從而在中斷一開始將他們?nèi)咳霔１Ｗo(hù)——例如上述程序段中，只用到了B4寄存器。
　　編寫移植代碼
　　在深入了解了系統(tǒng)核心與開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，真正編寫移植代碼的工作就相對(duì)比較簡單了。
　　μC/OS-II自身的代碼絕大部分都是用ANSI C編寫的，而且代碼的層次結(jié)構(gòu)十分干凈，與平臺(tái)相關(guān)的移植代碼僅僅存在于OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及OS_CPU.H這三個(gè)文件當(dāng)中。
　　在移植的時(shí)候，結(jié)合前面兩個(gè)步驟中已經(jīng)掌握的信息，基本上按照《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II》一書的相關(guān)章節(jié)的指導(dǎo)來做就可以了。
　　但是，由于系統(tǒng)核心、開發(fā)工具的千差萬別，在實(shí)際項(xiàng)目中，一般都會(huì)有一些處理方法上的不同，需要特別注意。以C6711的移植為例：
　　● 中斷的開啟和屏蔽的兩個(gè)宏定義為：
　　#define OS_ENTER_CRITICAL（） Disable_int（）
　　#define OS_EXIT_CRITICAL（） Enable_int（）
　　Disable_int和Enable_int是用匯編語言編寫的兩個(gè)函數(shù)。在這里使用了控制狀態(tài)寄存器（CSR）的一個(gè)特性——CSR中除了控制全局中斷的GIE位之外，還有一個(gè)PGIE位，可用于保存之前的GIE狀態(tài)。
　　因此在Disable_int中先將GIE的值寫入PGIE，然后再將GIE寫0，屏蔽中斷。而在Enable_int中則從PGIE讀出值，寫入GIE，從而回復(fù)到之前的中斷設(shè)置。
　　這樣，就可以避免使用這兩個(gè)宏而意外改變了系統(tǒng)的中斷狀態(tài)——此外，也沒有使用堆?；蚓植孔兞?，比原作者推薦的方法要好。
　　● 任務(wù)的切換：
　　前文說過，C6711中沒有軟中斷機(jī)制，所以任務(wù)的切換需要用匯編語言自行編寫一個(gè)函數(shù)_OSCtxSw來實(shí)現(xiàn)，并且
　　#define OS_TASK_SW（） OSCtxSw（）
　　在C6711中需要入棧保護(hù)的寄存器包括A0-A15、B0-B15、CSR、IER、IRP和AMR，這些再加上當(dāng)前的程序地址構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)幀，需要入棧保存。
　　_OSCtxSw函數(shù)中，需要像發(fā)生了一次中斷那樣，將上述存儲(chǔ)幀入棧，然后獲取被激活任務(wù)的TCB指針，將其存儲(chǔ)幀的內(nèi)容彈出，從而完成任務(wù)切換。
　　需要特別注意的是，在這里OS_TASK_SW是作為函數(shù)調(diào)用的，所以如前文所述，調(diào)用時(shí)的當(dāng)前程序地址是保存在B3寄存器中的，這也就是任務(wù)重新激活時(shí)的返回地址。
　　● 中斷的編寫：
　　如前文所述，如果用“interrupt”關(guān)鍵字聲明函數(shù)，CCS在編譯時(shí)，會(huì)自動(dòng)將該函數(shù)中使用到的寄存器入棧、出棧保護(hù)。
　　但是，這會(huì)導(dǎo)致各種中斷發(fā)生時(shí)，出入棧的內(nèi)容各不相同。這對(duì)于μC/OS-II是會(huì)引起嚴(yán)重錯(cuò)誤的。因?yàn)棣藽/OS-II要求中斷發(fā)生時(shí)的入棧操作使用和發(fā)生任務(wù)切換時(shí)完全一樣的存儲(chǔ)幀結(jié)構(gòu)。