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μC/OS-II在Cortex-M3系列单片机上的移植
2010-6-21 12:43
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分类:
MCU/ 嵌入式
作者:装甲兵工程学院 庞海涛 陈昕 程高峰
引言
μC/OSII是一种简单高效、源代码
公开的实时嵌入式操作系统,具有良好的扩展性和可移植性,被广泛应用到各种嵌入式处理器上;对于提高产品的质量,减少开发周期和降低成本有着重要的意义。
本文以μC/OSII为移植对象,以ARM CortexM3内核微处理器为移植目标来讨论其移植过程及应用。
1 μC/OSII及ARM CortexM3简介
实
时操作系统μC/OSII是一个基于优先级的抢占式实时内核,程序可读性强,移植性好,代码固定,可裁剪,非常灵活。至今,从8位到64
位,μC/OSII已在超过40种不同架构的微处理器上运行。μC/OSII的主要特点有:是优先级可剥夺的实时多任务操作系统;可处理和调度56个用户
任务,任务的优先级可以动态调整;提供任务间通信、同步使用的信号量、邮箱和消息队列;具有良好的可裁剪性,可尽量减小系统的ROM和RAM大小。
ARM
是目前嵌入式领域应用最广泛的RISC微处理器结构,它以低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。当前ARM
系列的处理器有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11等多个产品。CortexM3内核是
ARM公司于2006年推出的一款高性能处理器内核,是ARM新型
V7指令集结构系列的微控制器版本,可用于企业应用、汽车系统、家庭网络和无线技术等领域。其主要特点是:
① 功耗低;
② 内核的门数少,具有优异的性价比;
③ 中断延时短;
④ 调试成本低;
⑤ 具有嵌套向量中断控制器(NVIC),与处理器内核紧密结合实现低延迟的中断处理;
⑥ 具有可裁减的存储器保护单元(MPU),用于对存储器进行保护。
2 移植μC/OSII
Luminary
Micro公司的LM3S系列微控制器包含运行在 50 MHz频率下的ARM CortexM3
MCU内核、嵌入式Flash和SRAM、1个低压降的稳压器、集成的掉电复位和上电复位功能、模拟比较器、10位ADC、SSI、GPIO、看门狗和通
用定时器、UART、I2C、运动控制PWM以及正交编码器(quadrature
encoder)输入,非常适合楼宇和家庭自动化、工厂自动化和控制、工控电源设备、步进电机、有刷和无刷DC马达、AC感应电动机等方面的应用。
本移植在如下环境中完成:编译工具采用IAR FOR ARM,目标板采用周立功公司的LM3S8962微控制器EasyARM8962开发板。主机通过LMLINK JTAG连接目标板以建立交叉开发调试环境。
移
植过程中,μC/OSII的核心源代码不用修改,可以直接放在μC/OSII
Source文件夹中。μC/OSII\\Ports目录存放μC/OSII基于LM3S单片机的移植代码,包括OS_CPU_C.C、
OS_CPU_A.ASM、OS_CPU.H三个必要的文件。Target目录中的Startup.S文件是单片机的启动代码和中断向量
表,Target.C和Target.H提供单片机初始化函数TargetInit()和其他简单的外设控制API函数。层次结构如图1所示。
图1 层次结构
将μC/OSII移植到ARM处理器上需要修改3个与ARM体系结构相关的文件: OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。下面分别介绍这3个文件的移植工作。
(1) OS_CPU.H文件
包含μC/OSII所需要的常量、宏和自定义类型等。
① OS_CPU.H定义的数据类型。在这次移植中μC/OSII重新定义了数据类型,如下所示:
② 修改与ARM处理器相关的内容。不同处理器的堆栈增长方向是不一样的,ARM CortexM3的堆栈是从高地址往低地址增长的,OS_STK_GROWTH设为1,程序如下:
#defineOS_STK_GROWTH1
(2) OS_CPU_C.C文件
在OS_CPU_C.C定义的C函数中,OSTaskStkInit()函数与CPU相关,所以移植代码需要修改该函数。其程序如下(初始化任务时调用此函数初始化任务使用的堆栈):
(3) OS_CPU_A.ASM文件
μC/OSII的移植需要编写5个简单的汇编语言函数。
① OS_ENTER _CRITICAL( ): 关闭中断源。
② OS_EXIT_CRITICAL( ): 重开中断源。
③ OSStartHighRdy( ): 运行当前优先级最高的任务。
④ OSCtxSw( ): 一个任务放弃CPU使用权时调用。
⑤ OSIntCtxSw(): 在退出中断服务函数OSIntExit()中被调用,实现中断级任务切换。
因为LM3S单片机目前只支持8位中断优先级中的高3位,所以这里把1左移5位即是00100000B,其宏定义为 OS_CRITICAL_INT_PRIOEQU(1<<5)。
ARM CortexM3使用OSPendSV( )函数快捷地进行上下文切换。OSPendSV( )的C语言表述程序如下:
完成上述工作后,只要再根据目标板的实际情况编写Target目录中的3个文件,μC/OSII就可以运行在LM3S8962单片机上了。
3 实际应用
移植工作完成后,编写了一段程序,可以进行CAN通信,按键控制LED灯,通过RS232串口与主机相连实现对SD卡的读写等操作。下面是程序的部分代码:
在Main.H中定义任务优先级为:
其中创建任务的任务代码为:
SDExample为方便观察SD卡操作任务编写的GUI界面,选好与程序对应的串口波特率,连接好硬件。从图2可以看到,对SD卡可以进行成功操作。
图2 SD卡操作任务编写的GUI界面
结语
μC/OSII
作为一个优秀的实时操作系统,已经被移植到各种体系结构的微处理器上。本设计实现了其在LM3S8962上的成功移植,并通过一个实例验证了移植的正确
性。本次移植只是做了一些基础性工作,在此基础上还可进行进一步的开发,充分利用LM3S系列单片机的性能和μC/OSII的特点,在检测与维修领域发挥
一定作用。
本文来源:单片机与嵌入式系统应用
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