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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>DSP>uC/OS-II在嵌入式平臺上進行移植的技巧

uC/OS-II在嵌入式平臺上進行移植的技巧

2017-11-07 | rar | 0.6 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

 引言
  實時操作系統(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,便于維護和二次開發(fā)。
  μC/OS-II是一個基于搶占式的實時多任務(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的鮮明特點就是源碼公開,便于移植和維護。
  在μC/OS-II官方的主頁上可以查找到一個比較全面的移植范例列表。但是,在實際的開發(fā)項目中,仍然沒有針對項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)平臺上進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)平臺和開發(fā)工具之后,進行μC/OS-II的移植工作,一般需要遵循以下的幾個步驟:
  ● 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
  ● 編寫移植代碼
  ● 進行移植的測試
  ● 針對項目的開發(fā)平臺,封裝服務(wù)函數(shù)
 ?。愃?0x86版本的PC.C和PC.H)
  系統(tǒng)核心
  無論項目所采用的系統(tǒng)核心是MCU、DSP、MPU,進行μC/OS-II的移植時,所需要關(guān)注的細節(jié)都是相近的。
  首先,是芯片的中斷處理機制,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)對于存儲器的使用機制,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系列中的一款浮點型號,由于其時鐘頻率非常高,且采用了超常指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)、類RISC指令集、多級流水等技術(shù),所以運算性能相當強大,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,即復位、不可屏蔽中斷(NMI)和可屏蔽中斷(INT4-INT15)??善帘沃袛嘤?a href='http://m.hljzzgx.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中并沒有軟中斷機制,所以μC/OS-II的任務(wù)切換需要編寫一個專門的函數(shù)實現(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”非標準關(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,可以進一步地弄清開發(fā)工具的一些技術(shù)細節(jié),以便進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,這樣編譯器就會為每個C語言源文件生成其對應(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)。
  然后分別編寫幾個簡單的函數(shù)進行編譯,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)用時的返回地址,在函數(shù)執(zhí)行之前需要入棧保護,直到函數(shù)返回前再出棧。
  當然,CCS的C編譯器對于每個通用寄存器都有約定的用途,但對于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,對于中斷函數(shù)的編譯,有兩點不同:
  ● 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寄存器能自動保存中斷發(fā)生時的程序地址)
  ● 編譯器會自動統(tǒng)計中斷函數(shù)所用到的寄存器,從而在中斷一開始將他們?nèi)咳霔1Wo——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這三個文件當中。
  在移植的時候,結(jié)合前面兩個步驟中已經(jīng)掌握的信息,基本上按照《嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II》一書的相關(guān)章節(jié)的指導來做就可以了。
  但是,由于系統(tǒng)核心、開發(fā)工具的千差萬別,在實際項目中,一般都會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函數(shù)。在這里使用了控制狀態(tài)寄存器(CSR)的一個特性——CSR中除了控制全局中斷的GIE位之外,還有一個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,從而回復到之前的中斷設(shè)置。
  這樣,就可以避免使用這兩個宏而意外改變了系統(tǒng)的中斷狀態(tài)——此外,也沒有使用堆棧或局部變量,比原作者推薦的方法要好。
  ● 任務(wù)的切換:
  前文說過,C6711中沒有軟中斷機制,所以任務(wù)的切換需要用匯編語言自行編寫一個函數(shù)_OSCtxSw來實現(xiàn),并且
  #define OS_TASK_SW() OSCtxSw()
  在C6711中需要入棧保護的寄存器包括A0-A15、B0-B15、CSR、IER、IRP和AMR,這些再加上當前的程序地址構(gòu)成一個存儲幀,需要入棧保存。
  _OSCtxSw函數(shù)中,需要像發(fā)生了一次中斷那樣,將上述存儲幀入棧,然后獲取被激活任務(wù)的TCB指針,將其存儲幀的內(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)用時的當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,會自動將該函數(shù)中使用到的寄存器入棧、出棧保護。
  但是,這會導致各種中斷發(fā)生時,出入棧的內(nèi)容各不相同。這對于μC/OS-II是會引起嚴重錯誤的。因為μC/OS-II要求中斷發(fā)生時的入棧操作使用和發(fā)生任務(wù)切換時完全一樣的存儲幀結(jié)構(gòu)。
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