μC/OS-II在Cortex-M3系列单片机上的移植介绍

　

概要：SII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、ARM 11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/OSIILuminary Micro公司的LM3S系列微控制

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μC/OS-II在Cortex-M3系列单片机上的移植介绍

描述嵌入式操作系统μC/OSII在LM3S系列单片机上实现移植的过程。介绍操作系统的移植原理和方法，以LM3S8962单片机为例给出部分移植函数的代码，并通过一个实例的应用验证移植的正确性。

关键词  嵌入式实时操作系统  Cortex-M3  μC/OS-II移植  LM3S8962

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、ARM 11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。

　　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。

图1

（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：

　　typedefunsigned charBOOLEAN;
　　typedefunsigned charINT8U;
　　typedefsigned charINT8S;
　　typedefunsigned shortINT16U;
　　typedefsignedshortINT16S;
　　typedefunsigned intINT32U;
　　typedefsignedintINT32S;
　　typedeffloatFP32;
　　typedefdoubleFP64;
　　typedefunsigned intOS_STK;
　　typedefunsigned intOS_CPU_SR;

　　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）：

　　OS_STK * OSTaskStkInit(void (*task)(void *p_arg),void *p_arg,OS_STK *ptos,INT16U opt) {
　　OS_STK *stk;
　　(void)opt;//防止编译警告
　　stk=ptos;//装载栈顶指针，即堆栈数组最后的地址模拟中断发生的堆栈情况
　　*(stk)=(INT32U)0x01000000L;//xPSR
　　*(stk) =(INT32U)task;//PC,任务入口
　　*(stk) =(INT32U)0xFFFFFFFEL;//R14(LR)
　　*(stk) =(INT32U)0x12121212L;//R12
　　*(stk) =(INT32U)0x03030303L;//R3
　　*(stk) =(INT32U)0x02020202L;//R2
　　*(stk) =(INT32U)0x01010101L;//R1
　　*(stk) =(INT32U)p_arg;//R0,输入参数p_arg模拟任务进程，保存其他寄存器到堆栈
　　*(stk) =(INT32U)0x11111111L;//R11
　　*(stk) =(INT32U)0x10101010L;//R10
　　*(stk) =(INT32U)0x09090909L;//R9
　　*(stk) =(INT32U)0x08080808L;//R8
　　*(stk) =(INT32U)0x07070707L;//R7
　　*(stk) =(INT32U)0x06060606L;//R6
　　*(stk) =(INT32U)0x05050505L;//R5
　　*(stk) =(INT32U)0x04040404L;//R4
　　return(stk);

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