原创 SH-Stick上的uC/OS-II移植详解

SH-Stick使用的目标芯片为SH2/Tiny系列的SH7125，内置大容量FLASH和RAM，以及丰富的外设，非常适合工业，家电等领域。 
下面我们针对SH-Stick上的目标芯片SH7125来移植一个比较简单的实时操作系统uC/OS-II。通过本次移植，相信读者一定会快速的了解SH2系列处理器的内部结构。 

SH2体系介绍： 
SH7125内部有16个通用寄存器R0 ~ R15。 其中R0 ~ R14为通用寄存器，用于日常的一些运算处理。R15为硬件栈指针寄存器，也就是我们平时说的SP寄存器，用于处理器发生异常时的栈操作。 
另外还有PC,SR,GBR,VBR,MACH,MACL,PR寄存器。PC就是程序寄存器，SR为状态寄存器，GBR为全局基址寄存器，VBR为向量基址寄存器，MACH/MACL为乘法寄存器，PR为子程序返回地址寄存器。 
如图1所示。 

 

好了，我们熟悉了SH2的硬件结构，下面该介绍软件了。 
笔者选用的RTOS为uC/OS-II 2.52版本，相信大家对这个OS已经很熟悉了，那就不用再介绍了。如果有不清楚的，可以去参考这本书的原著或者翻译本。 

移植前的准备工作： 
SH-Stick开发板和附送的串口仿真器 
HEW平台(安装了SH编译器) 

一。新建一个SH7125的HEW工程。 
至于怎么建工程，附送的SH-STICK光盘里已经有很详细的例子了，大家参考一下。我这里就不再啰嗦了。 

二。确保工程能连上电脑。 
串口波特率建议大家选高一点，因为串口仿真会比较慢。相关教材在光盘里，不再赘述。 

三。将uC/OS-II的源码加入到工程中。 
为了让整个工程更好的理解，笔者分了3个部分来装载源码：boot,app,kernel，分别对应bootloader文件，应用程序，内核程序。 

我们将这3个文件放在HEW工程目录下，相关的源码放入其中(读者可以参考帖子附带的工程)。之后就要设置源码路径，以便HEW能找到源文件。 
设置路径如下： 
Build -- SuperH Toolchain 里面，点击Add，选择Workspace directory，在里面填上源文件在HEW工程中的目录，如图2所示。 
我们要添加3个目录进去(读者可以参考帖子附带的工程)。 

 
                                           图2 


四。编写uC/OS-II的BSP以及与体系结构有关的源码。 

1，BSP工作。 

板级支持包BSP就是OS启动之前的一段代码，负责把引导OS内核，保证内核能正常启动。 
uC/OS-II将使用SH7125的定时器A0作为时钟节拍。定时器A0初始化是直接参考SH-Stick附带的源码，每10ms产生一个中断，如下： 
/************************************************************* 
名称：InitTimer 
描述：初始化定时器 
   初始化定时器MTU2的通道0用作定时器模式 
参数：无 
返回值：无 
输入：无 
输出：无 
**************************************************************/ 
VOID InitTimer( ){ 
STB.CR4.BIT._MTU2 = 0;   //向MTU2模块提供时钟 
MTU20.TIER.BYTE = 0;   //不使能中断 
MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 0;   //停止定时器 
MTU20.TMDR.BYTE = 0x00;   //设定为定时器模式 
MTU20.TCR.BYTE = 0x21;   //TGRA作为清除源,上升沿计数,计数源为MP/4 
MTU20.TIOR.BYTE.H = 0;   // 
MTU20.TIOR.BYTE.L = 0; 
MTU20.TSR.BYTE = 0xC0;   //清除所有的中断标志 
MTU20.TIER.BIT.TGIEA = 1; //使能TGRA匹配中断 
MTU20.TCNT = 0; 
MTU20.TGRA = 60000;    //计数频率为24MHz*8(PLL)/8(Divider)/4/60000=100Hz 
INTC.IPRD.BIT._MTU20G = 8; //设定中断优先级 
// MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 1;   //启动定时器MTU2通道0 
} 

另外，uC/OS-II将使用SH7125的向量号为32的陷阱指令，类似于软中断，来进行任务切换。 
因为，我们需要修改定时器A0和向量号为32的陷阱指令对应的中断向量表。具体过程可参考源码。 


2.体系结构有关的源码 

下面我们来编写uC/OS-II在SH7125上的移植代码。只有2个文件：os_cpu_c.c, os_cpu_c.src, os_cpu.h。 
os_cpu_c.c里面主要实现一个函数*OSTaskStkInit，该函数用于创建任务时，对任务栈内容的初始化。 
如下： 
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt) 
{ 
    OS_STK *stk; 
    opt    = opt;                          
    stk    = (OS_STK *)ptos;         
    *stk-- = 0x00000000;                /* SR   */ 
    *stk-- = (OS_STK)task;              /* PC */ 
    *stk-- = 0xeeeeeeee;                         /* R14 */   
    *stk-- = 0xdddddddd;                         /* R13 */ 
    *stk-- = 0xcccccccc;                         /* R12 */ 
    *stk-- = 0xbbbbbbbb;                         /* R11 */ 
    *stk-- = 0xaaaaaaaa;                         /* R10 */ 
    *stk-- = 0x99999999;                         /* R9 */ 
    *stk-- = 0x88888888;                         /* R8 */ 
    *stk-- = 0x77777777;                         /* R7 */ 
    *stk-- = 0x66666666;                         /* R6 */ 
    *stk-- = 0x55555555;                         /* R5 */ 
    *stk-- = (OS_STK)pdata;                      /* R4 */ 
    *stk-- = 0x33333333;                         /* R3 */ 
    *stk-- = 0x22222222;                         /* R2 */ 
    *stk-- = 0x11111111;                         /* R1 */ 
    *stk-- = 0x00000000;                         /* R0 */ 
    *stk-- = 0x11000000;                     // GBR 
    *stk-- = 0x22000000;                     // MACH 
    *stk-- = 0x33000000;                     // MACL 
    *stk = 0x44000000;                     // PR 

    return ((OS_STK *)stk); 
} 

os_cpu_c.src是汇编文件，实现四个函数： 
_OSStartHighRdy 任务开始 
_OSCtxSw     任务切换 
_OSIntCtxSw 中断级的任务切换 
_OSTickISR 定时器中断处理 
;-------------------------------------------------- 
;任务开始 
;-------------------------------------------------- 
_OSStartHighRdy: 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R2                              ;指向指针的指针(指针的地址) 
MOV.L @R2,R2                                         ;指针值 
MOV.L @R2,SPR                                        ;将指针指向的值送入SP 
MOV.L #_OSRunning,R0                                 ;OSRunning = TRUE 
MOV.B #1,R1 
MOV.B R1,@R0 
                                         
POP_CS 
POP_Rn 
RTE                                                  ;中断返回,开始任务 
NOP 

   
;-------------------------------------------------- 
;任务切换 
;-------------------------------------------------- 
_OSCtxSw:                                             ;该ISR的入口地址对应指令(TRAPA   #32) 

PUSH_Rn 
PUSH_CS 
MOV.L #_OSTCBCur,R3                                  ;保存当前任务SP 
MOV.L @R3,R2     
MOV.L SPR,@R2                                        ;保存当前任务栈指针SP到OSTCBCur首地址 
MOV.L #_OSTaskSwHook,R4                              ;执行用户自定义程序 
JSR @R4 
NOP               
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R0                             ;OSPrioCur = OSPrioHighRdy 
MOV.B @R0,R0 
MOV.L #_OSPrioCur,R1 
MOV.B R0,@R1 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0                              ;OSTCBCur = OSTCBHighRdy 
MOV.L @R0,R0 
MOV.L #_OSTCBCur,R3 
MOV.L R0,@R3      
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R5                              ;载入新任务的SP 
MOV.L @R5,R5 
MOV.L @R5,SPR      
POP_CS                                               ;寄存器出栈 
POP_Rn 

RTE                                                  ;中断返回，开始新任务    
NOP 
   
;-------------------------------------------------- 
;中断级的任务切换 
;--------------------------------------------------- 
_OSIntCtxSw: 

ADD #OFFSET,SPR                              
MOV.L #_OSTCBCur,R7                                  ;保存当前SP 
MOV.L @R7,R7 
MOV.L SPR,@R7 
MOV.L #_OSTaskSwHook,R0                              ;执行用户自定义程序 
JSR @R0                  
NOP 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0                              ;OSTCBCur = OSTCBHighRdy 
MOV.L @R0,R0 
MOV.L #_OSTCBCur,R3 
MOV.L R0,@R3      
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R2                             ;OSPrioCur = OSPrioHighRdy 
MOV.B @R2,R2 
MOV.L #_OSPrioCur,R3 
MOV.B R2,@R3 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R6                              ;载入新任务SP 
MOV.L @R6,R6 
MOV.L @R6,SPR 
POP_CS                                               ;寄存器出栈 
POP_Rn 

RTE                                                  ;中断返回，新任务开始 
NOP 
    

;--------------------------------------------------- 
;系统时钟中断 
;--------------------------------------------------- 
_OSTickISR: 
PUSH_Rn 
PUSH_CS 
MOV.L #_OSIntEnter,R0                                ;进入中断 
JSR @R0 
NOP 

MOV.L #_OSTimeTick,R0                                ;时间节拍处理 
JSR @R0 
NOP 

MOV.L #_OSIntExit,R5                                 ;中断退出处理 
JSR @R5 
NOP 
POP_CS 
POP_Rn 

RTE                                                  ;定时中断返回 
NOP 

os_cpu.h里面定义一些数据结构类型，开关中断，任务切换指令等。 
我们使用set_imask()实现开关中断，使用trapa()实现任务切换。 


五。编译，验证。 
完成以上几个步骤后，笔者尝试写了一个简单的任务来验证移植是否正确。 
该任务的作用是让SH-Stick上的P13对应的LED每隔1秒闪烁一次。 
/* 
* uC/OS-II启动之后的第一个任务 
* 
* 该任务的功能是： 
* PE13对应的LED每秒闪烁一次 
*/ 
void task1(void *pdata) 
{ 
pdata = pdata; 
set_imask(0);             // 开总中断 
MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 1;   // 启动定时器 


while(1){ 
   PE.DRL.BIT.B13 = 1;   
   OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); 
   PE.DRL.BIT.B13 = 0; 
   OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); 
} 
}     

我们开始编译工程。第一次因为要编译库文件，时间比较长。排除一些错误和警告后，生成的abs调试文件通过串口下载到SH-Stick上。点击HEW上的“运行”按钮，SH-Stick上的P13对应的LED开始有节奏的闪烁。 
本次移植工作宣告成功！