引言

　　實時操作系統(tǒng)的使用，能夠簡化嵌入式系統(tǒng)的應用開發(fā)，有效地確保穩(wěn)定性和可靠性，便于維護和二次開發(fā)。

　　u C / O S 是一種公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統(tǒng)，商業(yè)應用需要付費。 　　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。

　　用戶只要有標準的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)良和可擴展性強等特點， 內核可編譯至 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內核，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。

　　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)

　　分析所采用的C語言開發(fā)工具的特點

　　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核。 　　要實現(xiàn)多任務機制，那么目標CPU必須具備一種在運行期更改PC的途徑，否則無法做到切換。不幸的是，直接設置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。我們的多任務機制的實現(xiàn)也正是基于這個出發(fā)點。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，每個任務都有一個任務控制塊（Task Control Block），這是一個比較復雜的數(shù)據(jù)結構。在任務控制快的偏移為0的地方，存儲著一個指針，它記錄了所屬任務的專用堆棧地址。事實上，再uC/OS-II內，每個任務都有自己的專用堆棧，彼此之間不能侵犯。這點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。當任務有了自己的堆棧，那么就可以將每一個任務堆棧再那里記錄到前面談到的任務控制快偏移為0的地方。以后每當發(fā)生任務切換，系統(tǒng)必然會先進入一個中斷，這一般是通過軟中斷或者時鐘中斷實現(xiàn)。然后系統(tǒng)會先把當前任務的堆棧地址保存起來，僅接著恢復要切換的任務的堆棧地址。由于哪個任務的堆棧里一定也存的是地址（還記得我們前面說過的，每當發(fā)生任務切換，系統(tǒng)必然會先進入一個中斷，而一旦中斷CPU就會把地址壓入堆棧），這樣，就達到了修改PC為下一個任務的地址的目的。

　　進行移植的測試針對項目的開發(fā)平臺，封裝服務函數(shù)

　　（類似80x86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，進行μC/OS-II的移植時，所需要關注的細節(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，還需關注系統(tǒng)對于存儲器的使用機制，諸如內存的地址空間，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）結構、類RISC指令集、多級流水等技術，所以運算性能相當強大，在通信設備、圖像處理、醫(yī)療儀器等方面都有著廣泛的應用。

　　此外，C6711也沒有專門的中斷返回指令、批量壓棧指令，所以相應的任務切換代碼均需編程完成。由于采用了類RISC，C6711的內核結構中，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。

　　而在此基礎上，可以進一步地弄清開發(fā)工具的一些技術細節(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。

　　，再編寫一個用“interrupt”關鍵字聲明的函數(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全部入棧保護——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，而且代碼的層次結構十分干凈，與平臺相關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。

　　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，從而回復到之前的中斷設置。

　　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?，比原作者推薦的方法要好。

　　任務的切換：

　　前文說過，C6711中沒有軟中斷機制，所以任務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的TCB指針，將其存儲幀的內容彈出，從而完成任務切換。

　　需要特別注意的是，在這里OS_TASK_SW是作為函數(shù)調用的，所以如前文所述，調用時的當前程序地址是保存在B3寄存器中的，這也就是任務重新激活時的返回地址。

　　中斷的編寫：

　　但是，這會導致各種中斷發(fā)生時，出入棧的內容各不相同。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)生任務切換時完全一樣的存儲幀結構。

　　因此，在移植時、基于μC/OS-II進行開發(fā)時，都不應當使用“interrupt”關鍵字，而應用如下結構編寫中斷函數(shù)：

　　void OSTickISR （void）

　　{

　　DSP_C6x_Save（）； // 服務函數(shù)，入棧

　　OSIntEnter（）；

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

　　{

　　OSTCBCur->OSTCBStkPtr

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

　　} // 獲取當前SP的值

　　// 允許中斷嵌套 則在此處開中斷

　　OSTimeTick（）；

　　OSIntExit（）；

　　DSP_C6x_Resume（）； // 服務函數(shù)，出棧

　　}

　　DSP_C6x_Save和DSP_C6x_Resume是兩個服務函數(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)生時的當前程序地址是自動保存在IRP寄存器的，應將其作為任務返回地址，而不再是B3。此外，DSP_C6x_Resume是一個永遠不會返回的函數(shù)，在將所有內容出棧后，它就直接跳轉回到中斷發(fā)生前的程序地址處，繼續(xù)執(zhí)行。

　　進行移植的測試

　　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程序進行測試了，大體上可以分三個步驟來進行，相關資料比較詳盡，這里就不多作贅述了。

　　封裝服務函數(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、易維護有很重要的意義。

　　μC/OS-II的原作者強烈建議將源代碼分路徑進行存儲，例如本文例子中的所有源代碼就應按如下路徑結構存儲：

　　\uCOS-II

　　├─SOURCE // 平臺無關代碼

　　│ 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，服務函數(shù)則包括了上文提及的中斷相關函數(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，而無需再關注μC/OS-II的源代碼和服務函數(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。

　　關于μC/OS-II系列軟件版權的說明

　　Micrium 公司產品包括μC/OS-II，μC/GUI，uC/FS，μC/TCP-IP，μC/USB等。Micrium 公司提供嵌入式系統(tǒng)應用方面的產品，并對其軟件擁有知識產權。Micrium花費了大量的時間和財力為嵌入式領域提供高質量的軟件產品。所有上述產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校學習使用，所有和μC/OS-II直接和間接相關的商業(yè)目的行為，必須購買使用μC/OS-II及系列產品的商業(yè)授權，包括芯片/單板/系統(tǒng)廠家的任何參考設計，教學設備和終的產品，如果沒有得到Micrium公司Jean先生簽字的合法授權都是不合法的使用。

　　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，完全不可以擁有該源代碼，也不能將源代碼用于產品的設計，培訓，教學和生產。

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