【文章內(nèi)容簡介】 ），則可以從 FIFO Ports 寄存器得到接收的包的 packet number，而且可以從 數(shù)據(jù)寄存器中 將接收包傳送到內(nèi)存或外存中。當(dāng)處理結(jié)束 后 ， CPU 向處理器發(fā) 送 命令釋放使用的存儲空間和 packet number。 無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 二 章 μC/OS II 嵌入式 操作系統(tǒng)的移植 μC/OS II的 概述 μC/OS II 是一種基于優(yōu)先級的搶占式多 任務(wù)實時操作系統(tǒng)， 包含了實時內(nèi)核、任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)間通信同步（信號量，郵箱，消息 隊列）和內(nèi)存管理等功能。它可以使各個任務(wù)獨立工作，互不干涉，很容易實現(xiàn)準時而且無誤執(zhí)行，使實時應(yīng)用程序的設(shè)計和擴展變得容易，使應(yīng)用程序的設(shè)計過程大為減化 。 /OS II 簡介 μC /OS II 是一個完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實時多任務(wù)內(nèi)核。 μC /OSII 絕大部分的代碼是用 ANSI 的 C語言編寫的，包含一小部 分匯編代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從 8位到 6 4 位， μC/OS II已在超過 40 種不同架構(gòu)上的微處理器上運行。 μC/OS II 已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，包括很 多領(lǐng)域， 如 手機、路由器、集線器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)控制 上。實際上， μC/OS II已經(jīng)通過了非常嚴格的 測試，并且得到了美國航空管 理局（ Federal Aviation Administration）的認證，可以用在飛行器上。這說明 μC/OS II 是穩(wěn)定可靠的，可用于與人性命攸關(guān)的安全緊要（ safety critical）系統(tǒng)。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 μC/OS II的移植 要把 uC/OS II 成功地移植到某一處理器上 .該處理器必須滿足以下要求： C 編譯器能產(chǎn)生可重入代碼。 C語言就可以打開和關(guān)閉中斷。 ，并且能產(chǎn)生定時中斷 (通常在 10 至 100Hz 之間 )。 (可能是幾千字節(jié) )的硬件堆棧。 CPU 寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。 無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 uC/OS II 移植的相關(guān)工作 uC/OS II 的移植工作主要涉及與處理器相關(guān)的以下內(nèi)容： 與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型聲明 ()不同的處理器有不同的字長 .所以必須定義一系列數(shù)據(jù)類型以確保移植的正確性。文件 中聲明了 10 個相關(guān)數(shù)據(jù)類型。 改寫與任務(wù)管理相關(guān)的函數(shù) ()uC/OS II 移植需要改寫 6個與任務(wù)管理相關(guān)的函數(shù) .它們是： OSTaskStkInit()、 OSTaskCreatHook()、OSTaskDelHook()、 OSTaskSwHook()、 OSTaskStatHook()、 OSTaskTickHook()其中只需對 OSTaskStkInit()編寫代碼，后 5個函數(shù)必須聲明，但是內(nèi)部并沒有代碼。 OSTaskCreate()和 OsTaskCreateExt()通過調(diào)用 OSTaskStkInit()來初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)。 編寫與任務(wù)切換相關(guān)的函數(shù) ()， uC/OS II 的移植要求用戶編寫四個與處理器相關(guān)的匯編語言函數(shù)： OSStartHighRdy()、 OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、 OSTickISR()。 (1) OSStartHighRdy( )函數(shù) OSStartHighRdy( )由 OSStart( )函數(shù)調(diào)用，功能是在多任務(wù)調(diào)度開始時運行優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)。它主要完成三件事：一是通知操作系統(tǒng)，多任務(wù)調(diào)度已經(jīng)開始；二是使 SP 指向優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)的任務(wù)棧棧頂；三是恢復(fù)最高優(yōu)先級任務(wù)的運行環(huán)境。 在調(diào)用 OSStart( )函數(shù)之前，必須先調(diào)用 OSInit( )函數(shù)進行系統(tǒng)初始化，且至少己經(jīng)創(chuàng)建一個任務(wù)。在 OSStartHighRdy( )啟動之前，必須調(diào) OSTaskSwHook( )函數(shù)，通過檢查變量 OSRuning來確定 OSTaskSwHook( )函數(shù)被調(diào)用的對象。為了啟動任務(wù)， OSStartHighRdy( )首先找到當(dāng)前就緒的優(yōu)先級最高任務(wù)，并從任務(wù)的任務(wù)控制塊中找到指向堆棧的指針，然后從堆棧中彈出全部寄存器的內(nèi)容，運行中斷返回指令。由于任務(wù)創(chuàng)建時堆棧的結(jié)構(gòu)就是按中斷后的堆棧結(jié)構(gòu)初始化的，執(zhí)行中斷返回指令后就切換到了新任務(wù)。 (2) OSCtxSw( )函數(shù) OSCtxSw( )是一個任務(wù)級的任務(wù)切換 函數(shù)，它主要完成以下幾件事：保存當(dāng)前任務(wù)現(xiàn)場；保存當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)棧指針到當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)控制塊；切換最高優(yōu)先級任務(wù)為當(dāng)前任務(wù)；使 SP指向最高優(yōu)先級任務(wù)的任務(wù)棧的棧頂；恢復(fù)新任務(wù)的運行環(huán)境。 無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 在 μC/OS II 中，如果任務(wù)調(diào)用了某個函數(shù)，而該函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果可能造成系統(tǒng)任務(wù)重新調(diào)度，則在函數(shù)的末尾會調(diào)用 OSShed( ), OSShed( )將查找當(dāng)前就緒的優(yōu)先級最高的任務(wù)，若不是當(dāng)前任務(wù)，則判斷是否需要進行任務(wù)調(diào)度，并找到該任務(wù)控制塊 OS_TCB 的地址，將該地址拷貝到變量 OSTCBHighRdy 中，然后通過 OSCtxSw( )進行任務(wù)切換。在此過程中，變量 OSTCBCur 始終包含一個指向當(dāng)前運行任務(wù) OS_TCB的指針。 (3) OSIntCtxSw( )函數(shù) OSIntCtxSw( )由于中斷可能會使更高優(yōu)先級的任務(wù)進入就緒態(tài)。為了讓更高優(yōu)先級的任務(wù)能立即運行，所以需要在中斷中進行任務(wù)切換。在中斷服務(wù)子程序的最后， OSIntExit( )函數(shù)會調(diào)用 OSIntCtxSw( )做任務(wù)切換。 OSIntCtxSw( )是一個中斷級的任務(wù)切換函數(shù)。在此之前，中斷服務(wù)程序已經(jīng)保存了被中斷任務(wù)的現(xiàn)場，因此不需要再保存現(xiàn)場了。 OSIntCtxSw( )需要調(diào)整堆棧指針，去掉堆棧中一些不需要的內(nèi)容，以使堆棧中只包含任務(wù)的運行環(huán)境。 (4) OSTickISR( )函數(shù) OSTickISR( )是 μC/OS II 要求用戶提供一個周期 性 的時鐘源，來實現(xiàn)時間的延時和超時功能。為了達到這一要求，可以使用硬件定時器，也可以從交流電中獲得 50/60Hz 的時鐘頻率。本文是采用 ATmega128 的硬件定時器 Timer 來獲得周期為 100ms 的時鐘節(jié)拍。 如果用戶的編譯器支持插入?yún)R編語言代碼，可將所有與處理器相關(guān)的代碼放到 文件中， 該文件便不再需要。編寫中斷服務(wù)程序CPUhighInterruptHook() 數(shù)和 CPUlwoInterruptHook()函數(shù) 用戶實時任務(wù)編寫 uC/OS II中的實時任務(wù)是在系統(tǒng)初始化 (調(diào)用 OSInit()和 OSCtxSw())后，通過 OSTaskCreateExt()調(diào)用創(chuàng)建的，實時任務(wù)創(chuàng)建完成后，調(diào)用 OpenTimer0()設(shè)置時鐘中斷，最后調(diào)用 OSStart()，系統(tǒng)開始運行并進行任務(wù)調(diào)度。 為了測試移植的結(jié)果，使用高奇 ICD DEMO 教學(xué)實驗板并利用板上資源創(chuàng)建TempTask()、 LEDTask()及通過 RS232 實現(xiàn)的 Shell 任務(wù)。其中， Shell 任務(wù)接收并執(zhí)行用戶的 Shell命令 .并通過 LCDTask()任務(wù)顯示該命令 .TempTask()則實現(xiàn)則周期性地采集與 RA0－ RA3相連接的溫度。由于 PIC 的 USART 中只有 2 個字無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 節(jié)的 FIFO 緩沖隊列，快速的通信過程中很容易丟失數(shù)據(jù) .故除了通信的實現(xiàn)采用中斷方式之外 .還設(shè)計了一個 30Byte 的緩沖隊列，存放接收到的數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)由設(shè)計在 CPUlowInterruptHook()中的代碼完成， uC/OS II 是一個完整的、可移植、可裁減、源碼公開的搶占式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。因此程序開發(fā)人員可以在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中 .靈活地改寫其源代碼 .以滿足用戶特定的需求。 uC/OS II 在處理器上的成功移植 .將大大提高復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率 .增強系統(tǒng)的可靠性，降低開發(fā)成本，提高經(jīng)濟效益。 無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第三章 LwIP 在 uCOS II 上的實現(xiàn)原理及過程 ： LwIP協(xié)議棧在設(shè)計時就考慮到了將來的移植問題，因此把所 有與硬件、OS、編譯器相關(guān)的部份獨立出來，放在 ucosiiamp。LwIPsource etlwiparch 目錄下。因此 LwIP 在 uCOS II 上的實現(xiàn)就是修改這個目錄下的文件，其它的文件一般不應(yīng)該修改。下面分幾部份分別說明相應(yīng)文件的實現(xiàn)原理和過程。 與 CPU或編譯器相關(guān)的 include 文件 181。C/OS IIamp。LwIPsource etlwiparchucosIIincludearch 目錄下 、 、 中有一些與 CPU 或編譯器相關(guān)的定義，如數(shù)據(jù)長度，字的高低位順序等。這應(yīng)該與用戶實現(xiàn) 181。C/OS II 時定義的數(shù)據(jù)長度等參數(shù)是一致的。 此外還有一點：一般情況下 C語言的結(jié)構(gòu)體 struct 是 4字節(jié)對齊的，但是在處理數(shù)據(jù)包的時候， LwIP 使用的是通過結(jié)構(gòu)體中不同數(shù)據(jù)的長度來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)的，所以，一定要在定義 struct 的時候使用 _packed 關(guān)鍵字，讓編譯器放棄 struct 的字節(jié)對齊。 LwIP 也考慮到了這個問題，所以，在它的結(jié)構(gòu)體定義中有幾個 PACKED_FIELD_xxx 宏，默認的時候這幾個宏都是空的，可以在移植的時候添加不同的編譯器所對應(yīng)的 _packed 關(guān)鍵字。比如在 Skyeye（ C33209）上對應(yīng) gcc 編譯器的定義： define PACK_STRUCT_FIELD(x) x __attribute__((packed)) define PACK_STRUCT_STRUCT __attribute__((packed)) define PACK_STRUCT_BEGIN define PACK_STRUCT_END sys_arch操作系統(tǒng)相關(guān)部份 sys_arch.[ch]中的內(nèi)容是與 OS 相關(guān)的一些結(jié)構(gòu)和函數(shù)，主要可以分為四個部份： (1) sys_sem_t 信號量 LwIP 中需要使用信號量通信，所以在 sys_arch 中應(yīng)實現(xiàn)信號量結(jié)構(gòu)體和無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 處理函數(shù)： struct sys_sem_t sys_sem_new（） //創(chuàng)建一個信號量結(jié)構(gòu) sys_ sem _free（） //釋放一個信號量結(jié)構(gòu) sys_ sem _signal（） //發(fā)送信號量 sys_ arch_sem _wait（） //請求信號量 由于 181。C/OSII 已經(jīng)實現(xiàn)了信號量 OS_EVENT 的各 種操作，并且功能和 LwIP上面幾個函數(shù)的目的功能是完全一樣的，所以只要把 181。C/OSII 的函數(shù)重新包裝成上面的函數(shù)，就可以直接使用了。 (2) sys_mbox_t 消息 LwIP 使用消息隊列來緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報文，因此要在 sys_arch 中實現(xiàn)消息隊列結(jié)構(gòu) sys_mbox_t，以及相應(yīng)的操作函數(shù)： sys_mbox_new（） //創(chuàng)建一個消息隊列 sys_mbox_free（） //釋放一個消息隊列 sys_mbox_post（） //向消息隊列發(fā) 送消息 sys_arch_mbox_fetch（） //從消息隊列中獲取消息 181。C/OSII 同樣實現(xiàn)了消息隊列結(jié)構(gòu) OSQ 及其操作，但是 181。C/OSII 沒有對消息隊列中的消息進