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1、 实时嵌入式操作系统COS 实时嵌入式操作系统COS-II在MPC555上的移植摘要：介绍了实时操作系统COS-II的特点和内核结构，并首次实现了C/OS-II在摩托罗拉处理器MPC555上的移植，介绍了移植后OS的应用方法。 关键词：C/OS-II MPC555 嵌入式操作系统 移植 是一种占先式、多任务、移植性非常强的免费微控制器嵌入式实时操作系统，从1年出现以来，已在照相机、发动机控制和工业机器人等多种领域中得到应用。它一方面相对下u衍生出来的更小巧且移植方便，实时性更好，更适合工业控制领域应用；另一方面由于是免费的，比使用等商业实时大大节省成本，非常适用于开发实用简约的嵌入式控制程序。
2、摩托罗拉的555是建立在体系结构上，采用技术的一款高档、适用于精密控制的微控制器。其芯片内嵌增加了浮点单元的位核心、静态、片内、一个、两个u模块、两个、一个、两个模块，工作频率达z。另外芯片体积小，仅为5cm5cm5cm。所有这些特性使其特别适用于汽车等现场控制领域的嵌入式微控制系统。将移植于555上既有益于和在车用控制器上的应用，其成果也可以用于其他嵌入式工业控制领域。本次移植中，使用 5编译调试环境。1 移植原理包括中断管理、任务管理、时间管理、任务之间通信管理和内存管理五方面功能。其结构共分三层，如图1。层为与处理器相关的代码，在的 版本上为、和三个文件。该层完成系统时钟的设置、出入中断
3、的管理和任务切换功能，为第层提供接口。层包括时间管理、任务调度管理、任务间的通信管理和内存管理四部分，是的主体部分，全部由 代码写成，与处理器无关，它为用户应用程序提供接口。层是用户应用程序部分，有中断和任务两个处理级别，用户可以建立自己的任务，编写必要的中断子程，在任务之间或任务与中断子程之间建立信号量、邮箱或消息队列完成控制器软件的编写。根据以上结构特点，在移植过程中，只需将层代码针对555的编程结构做相应改动，使其完成系统时钟设置、中断管理和任务切换功能即可。在前后台系统中，提供一个堆栈。发生中断时，将当前使用到的寄存器压入堆栈，保存现场，执行中断程序；中断程序完成后，从堆栈中弹出寄存器
4、的值，恢复现场。在多任务系统中不是这样。创建时，为每个任务建立并初始化一个堆栈。当发生中断或任务切换时，把当前任务运行现场保存起来，即将所有寄存器保存到该“旧”任务的堆栈中。当某个任务需要从就绪状态激活到运行状态时，又需将所有寄存器从该“新”任务的堆栈中弹出。这样，每个任务分时占用。而对各任务来说，每次进入运行态时，状态都与上次从运行态退出时完全一样。所以不再是使用一个堆栈，而是多个任务将各自的运行现场保存到自己的堆栈中。图2 MPC555下uC/OS-II的中断处理流程图 另外，调用函数时也会使用到堆栈，此时编译器会创建一个堆栈；在函数返回时，将其释放。其大小因函数使用到的变量和编译器的不同
5、而不同。在移植时，能够正确创建、初始化、保存并恢复各个任务的堆栈，是确保任务切换和中断管理顺利完成的关键。 555有个通用定点数寄存器，个浮点数寄存器，另有个控制状态寄存器。针对555的编程结构，设计如表1的堆栈结构。每次任务环境入栈时创建一含个位置的堆栈，为了保证浮点数寄存器的完整，每个位置为宽。创建任务时，建立该堆栈结构，并用默认值对其进行初始化。在任务保存或激活时把寄存器的值保存到堆栈中相应位置，或者从堆栈的相应位置把寄存器值弹出。其中1被作为堆栈指针使用，在堆栈操作时，要注意控制好。表1 堆栈结构表SP OffsetRegister SavedNUMDefault Value58433
6、632832080726456484032241680FP31FP0FPSCRGPR31GPR0DARCTXLRXERCRSRR1SRR0MSRSP73424140109876543210x000020FC00000x00x000x00task*0x10000000010x000x000x0000B00200000000task*0x10000000010x0000B002000000000 注：堆栈所属任务代码入口地址 中断管理首先，分析一下555的中断结构。在中有新的概念异常。它包含所有非正常事件的出现，包括中断、总线错误、指令错误、系统调用异常、实时中断异常和复位等。为异常提供了异常向量
7、表。该表为每个异常提供一个5字节的异常处理代码空间。所有外部中断和子模块产生的中断共同作为异常的一种，占用异常向量表中的一个位置。在该异常处理程序中，软件需根据中断状态寄存器的值判断到底发生了哪个中断并进行相应处理。在每次发生异常时，自动将主状态寄存器保存到1中，将程序指针保存到中；然后指针指向该异常在异常向量表中的起始位置，进入异常处理程序。每次异常返回时，调用指令，系统自动将1中的值返回中，将中的值返回中，即程序从指向的位置继续执行。在发生异常和异常返回之间，不自动允许新的异常和中断。所以，程序需要在保存和1后允许异常，在适当的时候允许中断。的异常处理过程中，用户及与硬件无关的代码完成图中
8、、这五个步骤。依次完成以下任务：给g加1或调用，通知，系统已进入中断；分析中断源调用相应中断处理子程；在该中断处理子程中完成清中断源；进行其他中断处理；调用判断是否有更高优先级的任务被激活而需要进行任务调度，若12下一页移植中，为了在555上实现上述中断处理过程，需编写与硬件相关代码，为以上思路提供三个接口函数：进入中断、退出中断和中断级任务调度。根据555的编程结构，设计的完整中断程序流程如图。虚框部分写在异常向量表中每个异常的处理代码空间中，依次调用gu、cu和gu三个函数。其中，cu函数为到步中断处理子程提供调用接口。虚框中为与硬件相关的函数gu，它将发生中断时所有寄存器保存到当前任务的
9、堆栈中，并处理状态。是进入中断的接口函数。虚框中为与硬件相关的函数gu，它从当前任务堆栈中恢复所有寄存器，并从中断返回，是退出中断的接口函数。虚框中为与硬件和编译器相关的函数。它将新的高优先级就绪态任务调整为当前任务，完成中断级任务调度，随后调用gu退出中断，进入新的被激活的任务。应注意，在中断级任务调度过程中，、两处函数被调用后不需要返回，所以需要将堆栈指针向下做适当调整，以丢弃这两个函数调用时编译器产生的堆栈。函数调用时，产生堆栈的大小与编译器相关，因此应根据编译器产生的代码决定此处丢弃堆栈的大小。为保证异常时需要丢弃的堆栈大小不变，可使用图中的方法，在异常处理时另外调用函数完成步骤、，以
10、确保不同异常处理过程中，、两处函数被调用时，编译器建立的堆栈大小一致。 任务切换中的任务调度由函数c完成。在 系统上，c?穴?雪在获得当前新的最高优先级的任务指针后，调用软中断完成任务切换。在555上，可以用系统调用异常处理程序“m c”代替软中断。该异常处理程序如图所示，完成以下三个步骤：在gu中将当前任务运行环境保存到当前任务的堆栈中；调用任务级调度函数，将新的高优先级就绪态任务调整为当前任务；从新任务堆栈中弹出所有寄存器的值，恢复中断，完成任务切换。其中、两部分代码与中断管理程序相同，不需要重新编写，只需编写函数完成任务指针的切换工作。 任务切换过程不可以被打断，所以，上述过程中始终不能
11、打开中断。 时钟管理需要在系统初始化后，开始一个系统时钟节拍，它是系统的时间基准。该时钟节拍一般由时间中断产生。555中可产生时间节拍的模块有很多，本次移植选用异常。因为它与外部中断使用不同的异常向量，便于对异常事件的管理，有利于提高的稳定性。时钟同步于，其频率可选，本次移植设置为5z。代码在时钟初始化和每次进入异常时，将计数器设置为5，这样，可使每秒种产生个时钟节拍。5 应用方法在使用移植后的时，用户需要编写自己的主程序m，其流程如图。在适当的初始化后即可启动。另外，用户需在任务中启动时钟节拍，调用函数初始化统计任务，创建所需的其他任务，最后调用函数删除任务自己。在该函数调用结束后，会自动允许异常和中断，正常运转，不断调度任务，响应中断。 实时嵌入式操作系统COS-II在MPC555上的移植一文由中国教育站摘录， 11 / 11
