基于NIOS II的uC/OS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
1、uC/OSII簡(jiǎn)介
u C / O S 是一種免費(fèi)公開(kāi)源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自于1992 年美國(guó)嵌入式系統(tǒng)專家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。
μC/OS 和μC/OS-II 是專門(mén)為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的， 絕大部分代碼是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。CPU 硬件相關(guān)部分是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的、總量約200行的匯編語(yǔ)言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的CPU 上。用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中。μC/OS-II 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)， 最小內(nèi)核可編譯至 2KB 。μC/OS-II 已經(jīng)移植到了幾乎所有知名的CPU 上。
嚴(yán)格地說(shuō)uC/OS-II只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒(méi)有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于uC/OS-II良好的可擴(kuò)展性和源碼開(kāi)放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實(shí)現(xiàn)。
uC/OS-II目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核，并在這個(gè)內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列，內(nèi)存管理，中斷管理等。
1.1任務(wù)管理
uC/OS-II 中最多可以支持64 個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)0～63，其中0 為最高優(yōu)先級(jí)。63為最低級(jí)，系統(tǒng)保留了4個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)和4個(gè)最低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，所有用戶可以使用的任務(wù)數(shù)有56個(gè)。
uC/OS-II提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括創(chuàng)建任務(wù)，刪除任務(wù)，改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)掛起和恢復(fù)等。
系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)任務(wù)：一個(gè)是空閑任務(wù)，它的優(yōu)先級(jí)最低，該任務(wù)僅給一個(gè)整形變量做累加運(yùn)算;另一個(gè)是系統(tǒng)任務(wù)，它的優(yōu)先級(jí)為次低，該任務(wù)負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前cpu的利用率。
1.2 時(shí)間管理
uC/OS-II的時(shí)間管理是通過(guò)定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該定時(shí)中斷一般為10毫秒或100毫秒發(fā)生一次，時(shí)間頻率取決于用戶對(duì)硬件系統(tǒng)的定時(shí)器編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。中斷發(fā)生的時(shí)間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍。
uC/OS-II要求用戶在定時(shí)中斷的服務(wù)程序中，調(diào)用系統(tǒng)提供的與時(shí)鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)，系統(tǒng)時(shí)間函數(shù)。
1.3 內(nèi)存管理
在ANSI C中是使用malloc和free兩個(gè)函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存。但在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，多次這樣的操作會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因，malloc和free的執(zhí)行時(shí)間也是不確定。
uC/OS-II中把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)管理。每個(gè)分區(qū)中包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存快大小可以不同。用戶需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來(lái)分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問(wèn)題，同時(shí)執(zhí)行時(shí)間也是固定的。
1.4 任務(wù)間通信與同步
對(duì)一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，任務(wù)間的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4中同步對(duì)象，分別是信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列和事件。所有這些同步對(duì)象都有創(chuàng)建，等待，發(fā)送，查詢的接口用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信和同步。
1.5 任務(wù)調(diào)度
uC/OS-II 采用的是可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核?？蓜儕Z型的實(shí)時(shí)內(nèi)核在任何時(shí)候都運(yùn)行就緒了的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。
uC/os-II的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的處理器資源。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，uC/OS-II規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，因?yàn)槿蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)也同時(shí)唯一標(biāo)志了該任務(wù)本身。
uC/OS-II詳細(xì)用法可參考相關(guān)資料。
2、FPGA下的uC/OS-II
下面就介紹怎樣在以黑金開(kāi)發(fā)板EP2C208上進(jìn)行uC/OSII實(shí)驗(yàn)。
第一步：添加一個(gè)用于系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍的定時(shí)器timer_ucos，定時(shí)時(shí)間為100ms(根據(jù)任務(wù)定)。
第二步：在Nios下設(shè)置相關(guān)選項(xiàng)。請(qǐng)看下面操作步驟。
打開(kāi)Quart II工程，以黑金開(kāi)發(fā)板EP2C208的工程為例，進(jìn)入SOPC Builder界面下如圖：
在左側(cè)的“System Contents”下單擊Peripherais的左側(cè)“
”;在彈出的菜單下單擊Microcotroller Peripherais的左側(cè)“
”;如下圖。
找到 “Interval Timer”并雙擊，彈出如下圖并按下圖進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，單擊完成。
命名為timer_ucos;如下圖。
時(shí)鐘節(jié)拍定時(shí)器到此已添加完成，單擊Generate按鈕生成SOPC系統(tǒng)。
接下來(lái)對(duì)Quart II工程進(jìn)行編譯并把 “.pof”通過(guò)AS接口下接到EPCS中。至此Quart II工程工作完畢.。[!--empirenews.page--]
拉下來(lái)對(duì)Nios工程進(jìn)行設(shè)置。如果沒(méi)有關(guān)閉SOPC界面，可點(diǎn)擊“System Generation”下的Nios ii IDE按鈕即可進(jìn)行Nios工程，前提是安裝了Nios ii 軟件。
新建一個(gè)Nios II工程，單擊“File”菜單下“New”下的“Nios II C/C++ Application”如下圖。
進(jìn)入后出現(xiàn)如下圖，并按圖中參數(shù)設(shè)置(注ucosII為工程名，ep2c8q為SOPC系統(tǒng)，Micro uC/OS-II tutorial為uCOS-II模板)。
單擊Next按鈕后按下圖設(shè)置后單擊Finish。
接下來(lái)對(duì)工程進(jìn)行基本的設(shè)置，右擊uCOSII選擇彈出菜單中的“System Library Properties”出現(xiàn)如下界面并按照如下參數(shù)設(shè)置。然后單擊OK。
把ucosii_tutorial.c中文件內(nèi)容用下面代碼代替。
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/* * ===================================================================================== * * Filename: ds1302.c * * Description: DS1302驅(qū)動(dòng) * * Version: 1.0.0 * Created: 2010.4.16 * Revision: none * Compiler: Nios II 9.0 IDE * * Author: 馬瑞 (AVIC) * Email: avic633@gmail.com * * ===================================================================================== */ #include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include "includes.h"#include "alt_ucosii_simple_error_check.h"#include"ds1302.h"#include "altera_avalon_pio_regs.h"#include "altera_avalon_timer_regs.h"#include "alt_types.h"#include "sys/alt_irq.h"//定義椎棧#define TASK_STACKSIZE 2048OS_STK initialize_task_stk[TASK_STACKSIZE];OS_STK ds1302_task_stk[TASK_STACKSIZE];[!--empirenews.page--]
OS_STK led_task_stk[TASK_STACKSIZE];OS_STK seg_task_stk[TASK_STACKSIZE];//定義優(yōu)先級(jí)#define INITIALIZE_TASK_PRIORITY 6#define LED_TASK_PRIORITY 10#define DS1302_TASK_PRIORITY 11#define SEG_TASK_PRIORITY 12//格式為: 秒 分 時(shí) 日 月 星期 年unsigned char time[7] = {0x00,0x19,0x14,0x17,0x03,0x17,0x10};unsigned char ti[][7]={"一","二","三","四","五","六","日"}; alt_u8 segtab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};unsigned char bittab[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};unsigned char led_buffer[8]={1,2,3,4,5,6,7,8};static unsigned char cnt=0; void seg_handler(void); /* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: ds1302_task * Description: 任務(wù)1 調(diào)用ds1302驅(qū)動(dòng)并通過(guò)串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void ds1302_task(void* pdata)[!--empirenews.page--]
{ INT8U return_code = OS_NO_ERR; ds1302.set_time(time); printf("Hello from Nios II!n"); while(1){ printf("Hello from Nios II!rn"); ds1302.get_time(time); printf("%02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d 星期%srn", time[6],time[4],time[3],time[2],time[1],time[0],ti[time[5]-1]); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); } }/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: led_task * Description: 任務(wù)2 調(diào)用LED驅(qū)動(dòng)并通過(guò)串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void led_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; unsigned int num=0; LED->DATA =0xffffffff; while (1){ [!--empirenews.page--]
printf("led is running!rn"); if(num%2==0) LED->DATA =0xffffffff; else LED->DATA =0; num++; OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0); }}/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: seg_task * Description: 任務(wù)3 調(diào)用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)并通過(guò)串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void seg_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; unsigned int numseg=0; while (1){ numseg++; seg_handler(); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 300); }}/* * === FUNCTION ======================================================================[!--empirenews.page--]
* Name: seg_handler * Description: * ===================================================================================== */ void seg_handler(void){ IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_SEL_BASE, 0xff); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_SEL_BASE, bittab[cnt]); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_DAT_BASE, segtab[led_buffer[cnt]]); cnt++; if(cnt==6) cnt=0; }/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: main * Description: * ===================================================================================== */ void initialize_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; initCreateTasks(); return_code = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); while (1);} /* [!--empirenews.page--]
* === FUNCTION ====================================================================== * Name: main * Description: * ===================================================================================== */ int main (int argc, char* argv[], char* envp[]){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; return_code = OSTaskCreateExt(initialize_task, NULL, (void *)&initialize_task_stk[TASK_STACKSIZE], INITIALIZE_TASK_PRIORITY, INITIALIZE_TASK_PRIORITY, initialize_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); OSStart(); return 0;} [!--empirenews.page--]
/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: initCreateTasks * Description: * ===================================================================================== */ int initCreateTasks(void){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; return_code = OSTaskCreateExt(ds1302_task, NULL, (void *)&ds1302_task_stk[TASK_STACKSIZE], DS1302_TASK_PRIORITY, DS1302_TASK_PRIORITY, ds1302_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return_code = OSTaskCreateExt(led_task, NULL, (void *)&led_task_stk[TASK_STACKSIZE],[!--empirenews.page--]
LED_TASK_PRIORITY, LED_TASK_PRIORITY, led_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return_code = OSTaskCreateExt(seg_task, NULL, (void *)&seg_task_stk[TASK_STACKSIZE], SEG_TASK_PRIORITY, SEG_TASK_PRIORITY, seg_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return 0;} |
編譯Nios II工程，下載到EPCS中，下載的方法前面章節(jié)講過(guò)，這里就不再重復(fù)了。下面是PC機(jī)上串口調(diào)試工具上的數(shù)據(jù)。在開(kāi)發(fā)板上還可以看到四個(gè)LED燈在閃爍和數(shù)碼管顯示654321。
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