uC/OS操作系統(tǒng)應用分析
一. uC/OS-II的移植
移植uC/OS對目標處理器有一定要求,這個可以參照<
整個嵌入式系統(tǒng)分為兩大層:硬件層和軟件層.這里主要研究軟件層的架構.
軟件層主要分為四個部分:實時操作系統(tǒng)內核,與處理器相關部分,與應用相關部分,用戶的應用系統(tǒng).
l 實時操作系統(tǒng)內核
實時操作系統(tǒng)對系統(tǒng)資源進行管理。主要包括任務分配和調度、系統(tǒng)時鐘服務、內存管理、消息機制、異常處理等等。uC/OS所有系統(tǒng)服務均由內核提供。內核將應用系統(tǒng)和底層硬件結合成一個完整的實時系統(tǒng)。
移植的時候內核是不變的,開發(fā)者根據(jù)自己應用系統(tǒng)的需要來選擇實時操作系統(tǒng)內核,開發(fā)者不能對內核隨意訪問，只能使用內核提供的功能服務來開發(fā)自己的應用系統(tǒng)。內核確定，那么所提供的系統(tǒng)管理能力，系統(tǒng)服務也就得到了限定。開發(fā)者只能在規(guī)定的范圍內對系統(tǒng)作些改動.
2 與處理器相關的代碼
這是移植中最關鍵的部分.內核將應用系統(tǒng)和底層硬件有機的結合成一個實時系統(tǒng),要使同一個內核能適用于不同的硬件體系,就需要在內核和硬件之間有一個中間層,這就是與處理器相關的代碼.處理器不同,這部分代碼也不同.
我們在移植時需要自己處理這部分代碼,可以自己編寫,也可以直接使用已經成功移植的代碼.
在uC/OS中這一部分代碼分成三個文件:OS_CPU.H, OS_CPU_A.ASM, OS_CPU_C.C
1) OS_CPU.H
包括了用#define定義的與處理器相關的常量,宏和類型定義.
具體來講有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義,棧增長方向定義,關中斷和開中斷定義,系統(tǒng)軟中斷的定義等等.
2) OS_CPU_A.ASM
這部分需要對處理器的寄存器進行操作,所以必須用匯編語言來編寫.包括四個子函數(shù):OSStartHighRdy(),OSCtxSw(),OSIntCtxSw(),OSTickISR().
OSStartHighRdy ()在多任務系統(tǒng)啟動函數(shù)OSStart()中調用.完成的功能是:設置系統(tǒng)運行標志位OSRunning = TRUE;將就緒表中最高優(yōu)先級任務的棧指針Load到SP中,并強制中斷返回.這樣就緒的最高優(yōu)先級任務就如同從中斷里返回到運行態(tài)一樣,使得整個系統(tǒng)得以運轉.
OSCtxSw()在任務級任務切換函數(shù)中調用的.任務級切換是通過SWI或者TRAP人為制造的中斷來實現(xiàn)的.ISR的向量地址必須指向OSCtxSw().這一中斷完成的功能:保存任務的環(huán)境變量(主要是寄存器的值,通過入棧來實現(xiàn)),將當前SP存入任務TCB中,載入就緒最高優(yōu)先級任務的SP,恢復就緒最高優(yōu)先級任務的環(huán)境變量,中斷返回.這樣就完成了任務級的切換.
OSIntCtxSw()在退出中斷服務函數(shù)OSIntExit()中調用,實現(xiàn)中斷級任務切換.由于是在中斷里調用,所以處理器的寄存器入棧工作已經做完,就不用作這部分工作了.具體完成的任務:調整棧指針(因為調用函數(shù)會使任務棧結構與系統(tǒng)任務切換時堆棧標準結構不一致),保存當前任務SP,載入就緒最高優(yōu)先級任務的SP,恢復就緒最高優(yōu)先級任務的環(huán)境變量,中斷返回.這樣就完成了中斷級任務切換.
OSTickISR()系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務函數(shù),這是一個周期性中斷,為內核提供時鐘節(jié)拍.頻率越高系統(tǒng)負荷越重.其周期的大小決定了內核所能給應用系統(tǒng)提供的最小時間間隔服務.一般只限于ms級(跟MCU有關),對于要求更加苛刻的任務需要用戶自己建立中斷來解決.該函數(shù)具體內容:保存寄存器(如果硬件自動完成就可以省略),調用OSIntEnter(),調用OSTimeTick(),調用OSIntExit(),恢復寄存器,中斷返回.
3) OS_CPU_C.C
UC/OS中共定義了6個函數(shù)在該文件中.但是最重要的是OSTaskStkInit().其他都是對系統(tǒng)內核的擴展時用的.
OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時系統(tǒng)內部自己調用的,對用戶任務的堆棧進行初始化.使建立好的進入就緒態(tài)任務的堆棧與系統(tǒng)發(fā)生中斷并且將環(huán)境變量保存完畢時的棧結構一致.這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務運行起來.
具體的入棧方式要根據(jù)不同mcu而定.需要參考用戶使用的mcu說明書.同時還要考慮mcu的棧生成方式.這需要根據(jù)具體問題來分析,在此不做過多論述.
3 與應用相關的代碼
這一部分是用戶根據(jù)自己的應用系統(tǒng)來定制合適的內核服務功能.包括兩個文件:OS_CFG.H, INCLUDES.H.
OS_CFG.H來配置內核,用戶根據(jù)需要對內核進行定制,留下需要的部分,去掉不需要的部分,設置系統(tǒng)的基本情況.比如系統(tǒng)可提供的最大任務數(shù)量,是否定制郵箱服務,是否需要系統(tǒng)提供任務掛起功能,是否提供任務優(yōu)先級動態(tài)改變功能等等.
INCLUDES.H系統(tǒng)頭文件,整個實時系統(tǒng)程序所需要的文件,包括了內核和用戶的頭文件.
4 用戶應用系統(tǒng)
這是整個實時系統(tǒng)的最高層,用戶通過利用實時操作系統(tǒng)提供的服務來開發(fā)自己的具體程序.
二. 用戶應用系統(tǒng)編寫的模式
kernel提供給用戶一些功能函數(shù),使得用戶的系統(tǒng)建立更加方便,但是kernel內部不會處理用戶的工作,對于整個系統(tǒng)的具體應用工作還得需要用戶自己去考慮,如何利用好這些功能服務函數(shù)就成為一個比較重要的問題.
1. main函數(shù)的結構
void main (void)
{
初始化系統(tǒng)的硬件;
OSInit();
任務的建立,消息機制的建立;
OSStart();
}
這里需要的是在OSStart()執(zhí)行之前不得啟動中斷,硬件系統(tǒng)還不能工作.必須先讓軟件系統(tǒng)進入工作狀態(tài)后才行.
2. 中斷的結構
ISR:
{
保存處理器寄存器的值;
調用OSIntEnter();
執(zhí)行用戶的工作;
調用OSIntExit();
恢復處理器寄存器的值;
RTI;
}
用戶的中斷形式和以前一樣,沒有什么大的變化,僅僅是在原來用戶ISR的基礎上在固定的位置加了兩個函數(shù):OSIntEnter(), OSIntExit().
3. 各個任務的結構
void YourTask (void)
{
for(;;)
{
用戶代碼
調用的系統(tǒng)服務
}
}
在任務啟動函數(shù)執(zhí)行完后,系統(tǒng)會切換到最高優(yōu)先級的任務去執(zhí)行,此時,可以將系統(tǒng)硬件部分的啟動放在該任務的最前邊,僅僅是啟動時執(zhí)行一次,主要是啟動系統(tǒng)的節(jié)拍中斷,或者一些必須在多任務系統(tǒng)調度后才能初始化的部分,使系統(tǒng)的真正開始工作,達到軟件硬件的基本同步.[!--empirenews.page--]
Void HighestPrioTask(void)
{
OSStartHardware();
For (;;)
{
用戶代碼
調用的系統(tǒng)服務
}
}
用戶可以按照這些格式去編寫自己的任務,建立自己的應用系統(tǒng).
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