原创 瑞萨SH7203平台上的uC/OS-II移植记录

系统配置: 
IDE: HEW SuperH 9.1.1.0 for SH2A-FPU 
CPU: Renesas SH2A/7261 
OS: uC/OS-II 2.51 
Memory: 64M SDRAM 
Emluator: E10A-USB 


本机系统时钟根据CPU定时器T0来配置，默认为每秒溢出20次，也就是每秒产生20个时钟节拍。 


CPU说明： 
SH7261属于SH2A系列微处理器，32位RISC，采用哈佛体系结构，5级流水线，内部包含一个高速缓存，一个浮点协处理器和16个用于快速中断响应的Register Bank。 
内部最高时钟频率为120MHz , 总线频率为60MHz 
寄存器包括：通用寄存器，系统寄存器，控制寄存器和浮点寄存器。本机未做浮点运算，故浮点寄存器将不作考虑。 


uC/OS-II说明： 
该实时操作系统内核为2.51版本。可由用户运行56个任务。具体功能参见《uC/OS-II》。 


移植步骤： 
1.建立编译环境。 
本系统将映像文件下载到SDRAM中进行调试。需要修改section段，并使用SH系列的命令行语句初始化总线控制器，以便将程序下载到SDRAM相应的map映像区。 

2.修改中断向量表。 
本系统使用向量号为32的陷阱指令来进行任务切换，需要在中断向量表INT_Vectors中将INT_TRAPA32替换为OSCtxSw。另外，系统时钟使用8位定时器T0溢出中断，故需要将中断向量表中的INT_TMR0_OVI0替换为OSTickISR。

3.硬件初始化 
在hwsetup.c文件中初始化时钟，总线控制器，定时器，Cache等CPU及片上I/O资源，以便为uC/OS-II建立运行环境。 

4.编写os_cpu_c.c文件。 
根据CPU的体系结构，模拟中断发生后的栈状态。 
中断发生后，SR和PC先入栈。 
task()中的参数默认传递到R0 

如下： 
// SH2A任务栈初始化 
// 栈从高地址向低地址增长 
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt) 
{ 
OS_STK *stk; 

opt = opt; 
stk = (OS_STK *)ptos; 

*stk-- = 0; /* SR 任务启动后允许中断(interrupt mask bits set to 0) */ 
*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-- = 0x44444444; /* R4 */ 
*stk-- = 0x33333333; /* R3 */ 
*stk-- = 0x22222222; /* R2 */ 
*stk-- = 0x11111111; /* R1 */ 
*stk-- = (OS_STK)pdata; /* R0 */ 

*stk-- = 0x11000000; // GBR 
*stk-- = 0x22000000; // MACH 
*stk-- = 0x33000000; // MACL 
*stk = 0x44000000; // PR 

return ((OS_STK *)stk); 
} 


5.编写os_cpu.h文件。 
开中断和关中断使用set_imask()函数 
陷阱指令使用trapa()函数 
以上两个函数包含在系统头文件machine.h中 

另，还要申明用于os_cpu_a.src的四个汇编程序。为了防止Register Bank溢出，本系统将不使用Register Bank 
如下： 

#pragma interrupt OSCtxSw//(resbank) // SH2A执行陷阱指令时不使用Register Bank 
extern void OSCtxSw(void); // 任务切换 

#pragma interrupt OSTickISR//(resbank) // 该中断不使用Register Bank 
extern void OSTickISR(void); // 定时器中断 

extern void OSStartHighRdy(void); // 开始任务 
extern void OSIntCtxSw(void); // 中断任务切换 


6.编写os_cpu_a.src文件。 

1) 压栈，出栈操作宏定义： 
;R0 ~ Rn入栈 
.MACRO PUSH Rn 
MOVML.L \Rn,@-SPR ;将Rn~R0依入栈. R0入栈后，SP = SP-4 
.ENDM 

;R0 ~ Rn出栈 
.MACRO POP Rn 
MOVML.L @SPR+,\Rn ;该指令执行完时，也就是Rn出栈后，(SP = SP + 4)??? 
.ENDM 

;保存系统和控制寄存器 
.MACRO PUSH_REG 
STC.L GBR,@-SPR ;将控制寄存器送入stack 

STS.L MACH,@-SPR ;将系统寄存器送入stack 
STS.L MACL,@-SPR 
STS.L PR,@-SPR ;SP始终指向栈顶元素 
.ENDM 

;恢复系统和控制寄存器 
.MACRO POP_REG 
LDS.L @SPR+,PR ;恢复系统寄存器 
LDS.L @SPR+,MACL 
LDS.L @SPR+,MACH 

LDC.L @SPR+,GBR ;恢复控制寄存器 
.ENDM 


2) OSStartHighRdy函数: 
注意：子函数跳转指令JSR和中断返回指令RTE为delay branch指令，需要在后面插入一条单周期指令,以便在delay slot中填充CPU流水线。 

;获得任务栈指针 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R2 
MOV.L @R2,R2 
MOV.L @R2,SPR 

POP_REG 
POP R14 

RTE 
NOP 


3) 任务切换OSCtxSw函数： 
OSTaskSwHook函数可以不执行，以加快任务切换时间 

PUSH R14 
PUSH_REG 

;保存当前任务SP 
MOV.L #_OSTCBCur,R3 
MOV.L @R3,R2 
MOV.L SPR,@R2 ;保存当前任务栈指针SP到OSTCBCur首地址 

;执行用户程序 
MOV.L #_OSTaskSwHook,R4 
JSR @R4 
NOP 

;OSPrioCur = OSPrioHighRdy 
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R0 
MOV.B @R0,R0 
MOV.L #_OSPrioCur,R1 
MOV.B R0,@R1 

;OSTCBCur = OSTCBHighRdy 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0 
MOV.L @R0,R0 
MOV.L #_OSTCBCur,R3 
MOV.L R0,@R3 

;恢复新任务的SP 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R5 
MOV.L @R5,R5 
MOV.L @R5,SPR 

POP_REG 
POP R14 

RTE 
NOP 


4) 中断级别的任务切换OSIntCtxSw: 
OSTaskSwHook函数可不执行，以加快任务切换 
注意栈顶的多余部分只有OSIntExit的返回地址,代码如下 

;去掉栈顶多余单元 
ADD #OFFSET,SPR ;NOTE!!! 
;在HEW环境下，只有OSIntExit()的返回地址入栈 
;OSIntCtxSw()的返回地址保存到PR 
;系统函数set_imask(15)将SR的值送入Rn,而不是入栈 

;保存当前SP 
MOV.L #_OSTCBCur,R7 
MOV.L @R7,R7 
MOV.L SPR,@R7 

;执行用户自定义程序 
MOV.L #_OSTaskSwHook,R0 
JSR @R0 
NOP 

;OSTCBCur = OSTCBHighRdy 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0 
MOV.L @R0,R0 
MOV.L #_OSTCBCur,R3 
MOV.L R0,@R3 

;OSPrioCur = OSPrioHighRdy 
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R2 
MOV.B @R2,R2 
MOV.L #_OSPrioCur,R3 
MOV.B R2,@R3 

;恢复新任务SP 
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R6 
MOV.L @R6,R6 
MOV.L @R6,SPR 

POP_REG 
POP R14 

RTE 
NOP 


5) 系统时钟处理 
定时器溢出标志位可清除也可不清除，反正T0就是一直计数-溢出-中断，不停循环 

OSTickISR: 

PUSH R14 
PUSH_REG 

;清除定时器溢出标志位 
MOV.L #TCSR_0,R1 
MOV.B @R1,R2 
BCLR #5,R2 
MOV.B R2,@R1 

;进入中断，将嵌套数加1 
MOV.L #_OSIntEnter,R5 
JSR @R5 
NOP 

;时间节拍处理 
MOV.L #_OSTimeTick,R5 
JSR @R5 
NOP 

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

POP_REG 
POP R14 

RTE 
NOP 


7.main()函数测试任务切换 
本系统运行三个简单的任务，分别点亮3个LED。 
分别将各个任务调度上锁和开锁，并将任务延迟一定的时间。 
三个任务之间都能精确的切换，并且优先级最高的任务一直在运行。