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(hù)和二次開發(fā)。

　　u C / O S 是一種公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)，商業(yè)應(yīng)用需要付費(fèi)。 　　μC/OS-II 的前身是μC/OS，早出自于1992 年美國嵌入式系統(tǒng)Jean J.Labrosse 在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志的5 月和6 月刊上刊登的文章連載，并把μC/OS 的源碼發(fā)布在該雜志的B B S 上。

　　用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)的ANSI 的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC/OS-II嵌人到開發(fā)的產(chǎn)品中。μC/OS-II 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)， 內(nèi)核可編譯至 2KB 。μC/OS-II 已經(jīng)移植到了幾乎所有的CPU 上。

　　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(diǎn)就是源碼公開，便于移植和維護(hù)。

　　在μC/OS-II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(jìn)行移植。

　　在選定了系統(tǒng)平臺和開發(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步驟：

　　深入了解所采用的系統(tǒng)

　　分析所采用的C語言開發(fā)工具的特點(diǎn)

　　編寫移植代碼

　　uC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的可搶先的硬實時內(nèi)核。 　　要實現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制，那么目標(biāo)CPU必須具備一種在運(yùn)行期更改PC的途徑，否則無法做到切換。不幸的是，直接設(shè)置PC指針，目前還沒有哪個CPU支持這樣的指令。但是一般CPU都允許通過類似JMP,CALL這樣的指令來間接的修改PC。我們的多任務(wù)機(jī)制的實現(xiàn)也正是基于這個出發(fā)點(diǎn)。事實上，我們使用CALL指令或者軟中斷指令來修改PC,主要是軟中斷。但在一些CPU上，并不存在軟中斷這樣的概念，所以，我們在那些CPU上，使用幾條PUSH指令加上一條CALL指令來模擬軟中斷的發(fā)生。

　　在uC/OS-II里，每個任務(wù)都有一個任務(wù)控制塊（Task Control Block），這是一個比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在任務(wù)控制快的偏移為0的地方，存儲著一個指針，它記錄了所屬任務(wù)的專用堆棧地址。事實上，再uC/OS-II內(nèi)，每個任務(wù)都有自己的專用堆棧，彼此之間不能侵犯。這點(diǎn)要求程序員再他們的程序中保證。一般的做法是把他們申明成靜態(tài)數(shù)組。而且要申明成OS_STK類型。當(dāng)任務(wù)有了自己的堆棧，那么就可以將每一個任務(wù)堆棧再那里記錄到前面談到的任務(wù)控制快偏移為0的地方。以后每當(dāng)發(fā)生任務(wù)切換，系統(tǒng)必然會先進(jìn)入一個中斷，這一般是通過軟中斷或者時鐘中斷實現(xiàn)。然后系統(tǒng)會先把當(dāng)前任務(wù)的堆棧地址保存起來，僅接著恢復(fù)要切換的任務(wù)的堆棧地址。由于哪個任務(wù)的堆棧里一定也存的是地址（還記得我們前面說過的，每當(dāng)發(fā)生任務(wù)切換，系統(tǒng)必然會先進(jìn)入一個中斷，而一旦中斷CPU就會把地址壓入堆棧），這樣，就達(dá)到了修改PC為下一個任務(wù)的地址的目的。

　　進(jìn)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)

　　無論項目所采用的系統(tǒng)是MCU、DSP、MPU，進(jìn)行μC/OS-II的移植時，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(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，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(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。

　　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，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)是什么，C語言開發(fā)工具對于μC/OS-II是必不可少的。

　　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(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(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。

　　，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(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(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)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(dāng)中。

　　但是，由于系統(tǒng)、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(fù)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?；蚓植孔兞浚仍髡咄扑]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函數(shù)_OSCtxSw來實現(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)成一個存儲幀，需要入棧保存。

　　_OSCtxSw函數(shù)中，需要像發(fā)生了中斷那樣，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(dāng)前程序地址是保存在B3寄存器中的，這也就是任務(wù)重新激活時的返回地址。

　　中斷的編寫：

　　但是，這會導(dǎo)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(yán)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)。

　　因此，在移植時、基于μC/OS-II進(jìn)行開發(fā)時，都不應(yīng)當(dāng)使用“interrupt”關(guān)鍵字，而應(yīng)用如下結(jié)構(gòu)編寫中斷函數(shù)：

　　void OSTickISR （void）

　　{

　　DSP_C6x_Save（）； // 服務(wù)函數(shù)，入棧

　　OSIntEnter（）；

　　if （OSIntNesting == 1） // v2.51版本新增加

　　{

　　OSTCBCur->OSTCBStkPtr

　　=（OS_STK*） DSP_C6x_GetCurrentSP（）； // 服務(wù)函數(shù)

　　} // 獲取當(dāng)前SP的值

　　// 允許中斷嵌套 則在此處開中斷

　　OSTimeTick（）；

　　OSIntExit（）；

　　DSP_C6x_Resume（）； // 服務(wù)函數(shù)，出棧

　　}

　　DSP_C6x_Save和DSP_C6x_Resume是兩個服務(wù)函數(shù)，分別完成中斷的出、入棧操作。它們與OS_TASK_SW函數(shù)的區(qū)別在于：中斷發(fā)生時的當(dāng)前程序地址是自動保存在IRP寄存器的，應(yīng)將其作為任務(wù)返回地址，而不再是B3。此外，DSP_C6x_Resume是一個永遠(yuǎn)不會返回的函數(shù)，在將所有內(nèi)容出棧后，它就直接跳轉(zhuǎn)回到中斷發(fā)生前的程序地址處，繼續(xù)執(zhí)行。

　　進(jìn)行移植的測試

　　在編寫完了所有的移植代碼之后，就可以編寫幾個簡單的任務(wù)程序進(jìn)行測試了，大體上可以分三個步驟來進(jìn)行，相關(guān)資料比較詳盡，這里就不多作贅述了。

　　封裝服務(wù)函數(shù)

　　這個步驟，往往是容易被忽視的，但對于保持項目代碼的簡潔、易維護(hù)有很重要的意義。

　　μC/OS-II的原作者強(qiáng)烈建議將源代碼分路徑進(jìn)行存儲，例如本文例子中的所有源代碼就應(yīng)按如下路徑結(jié)構(gòu)存儲：

　　\uCOS-II

　　├─SOURCE // 平臺無關(guān)代碼

　　│ OS_CORE.C

　　│ ……

　　└─TI_C6711 // 系統(tǒng)

　　├─CCS // 開發(fā)工具

　　│ OS_CPU.H

　　│ OS_CPU_A.ASM

　　│ OS_CPU_C.C

　　│

　　├─ DSP_C6x_Service // 服務(wù)函數(shù)

　　│ DSP_C6x_ Service.H

　　│ DSP_C6x_ Service.ASM

　　│

　　└─ TEST // 具體的開發(fā)項目代碼

　　OS_CFG.H

　　INCLUDES.H

　　TEST.C ……

　　如上，DSP_C6x_Service中的服務(wù)函數(shù)，類似于原作者提供的80x86版本中的PC.C和PC.H文件。在本文的例子中，服務(wù)函數(shù)則包括了上文提及的中斷相關(guān)函數(shù)，以及系統(tǒng)初始化函數(shù)DSP_C6x_SystemInit（）和時鐘初始化函數(shù)DSP_C6x_TimerInit（）等。

　　而具體的開發(fā)項目代碼，則可以分別在“/TI_C6711”路徑下新建自己的目錄，就如同移植測試的“TEST”項目，而無需再關(guān)注μC/OS-II的源代碼和服務(wù)函數(shù)。

　　如此，就可以避免不必要的編譯錯誤，也便于開發(fā)項目的維護(hù)。

　　關(guān)于μC/OS-II系列軟件版權(quán)的說明

　　Micrium 公司產(chǎn)品包括μC/OS-II，μC/GUI，uC/FS，μC/TCP-IP，μC/USB等。Micrium 公司提供嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用方面的產(chǎn)品，并對其軟件擁有知識產(chǎn)權(quán)。Micrium花費(fèi)了大量的時間和財力為嵌入式領(lǐng)域提供高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品。所有上述產(chǎn)品都以源代碼的形式提供給客戶，具有極大的適用性。

　　開發(fā)和研究者可以通過購買Micrium公司的Jean先生的μC/OS-II的書籍，而得到μC/OS-II源代碼，但是僅可以作為個人和學(xué)校學(xué)習(xí)使用，所有和μC/OS-II直接和間接相關(guān)的商業(yè)目的行為，必須購買使用μC/OS-II及系列產(chǎn)品的商業(yè)授權(quán)，包括芯片/單板/系統(tǒng)廠家的任何參考設(shè)計，教學(xué)設(shè)備和終的產(chǎn)品，如果沒有得到Micrium公司Jean先生簽字的合法授權(quán)都是不合法的使用。

　　Micrium公司其它軟件如μC/GUI，μC/FS，μC/TCP-IP，μC/USB 等的銷售模式與μC/OS-II不同，如果沒有購買使用授權(quán)，完全不可以擁有該源代碼，也不能將源代碼用于產(chǎn)品的設(shè)計，培訓(xùn)，教學(xué)和生產(chǎn)。

　　μC/OS-II, μC/GUI，μC/FS，μC/TCP-IP，μC/USB 等授權(quán)方式有：單個產(chǎn)品、產(chǎn)品線（系列）、按照CPU 劃分的產(chǎn)品三種形式，μC/OS-KA，μC/OS-VIEW 等工具是按照使用人的數(shù)目收取費(fèi)用的，相對起傳統(tǒng)的RTOS 動輒2-3萬美圓的開發(fā)費(fèi)用和每塊單板的使用費(fèi)（根據(jù)數(shù)量從數(shù)百到幾個美圓），μC/OS-II及系列產(chǎn)品是采用性的收費(fèi)方式，應(yīng)該只是大約相當(dāng)于傳統(tǒng)RTOS 的10-20% 的總體費(fèi)用。