cos-ii 实时操作系统在嵌入式平台上进行移植的一般 方

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1、C/OS-II 实时操作系统在嵌入式平台上进行移植的一般 方法和技巧实时操作系统在嵌入式平台上进行移植的一般 方法和技巧 清华大学 曾 鸣 引言 实时操作系统的使用，能够简化嵌入式系统的应用开发，有效地确保稳定性和可靠性， 便于维护和二次开发。 C/OS-II 是一个基于抢占式的实时多任务内核，可固化、可剪裁、具有高稳定性和可靠 性，除此以外，C/OS-II 的鲜明特点就是源码公开，便于移植和维护。 在 C/OS-II 官方的主页上可以查找到一个比较全面的移植范例列表。但是，在实际的开发 项目中，仍然没有针对项目所采用芯片或开发工具的合适版本。那么，不妨自己根据需要 进行移植。 本文则以在 T

2、MS320C6711 DSP 上的移植过程为例，分析了 C/OS-II 在嵌入式开发平台上 进行移植的一般方法和技巧。C/OS-II 移植的基本步骤 在选定了系统平台和开发工具之后，进行 C/OS-II 的移植工作，一般需要遵循以下的几个 步骤： 深入了解所采用的系统核心 分析所采用的 C 语言开发工具的特点 编写移植代码 进行移植的测试 针对项目的开发平台，封装服务函数 （类似 80x86 版本的 PC.C 和 PC.H） 系统核心 无论项目所采用的系统核心是 MCU、DSP、MPU，进行 C/OS-II 的移植时，所需要关 注的细节都是相近的。 首先，是芯片的中断处理机制，如何开启、屏蔽中

3、断，可否保存前一次中断状态等。还 有，芯片是否有软中断或是陷阱指令，又是如何触发的。 此外，还需关注系统对于存储器的使用机制，诸如内存的地址空间，堆栈的增长方向， 有无批量压栈的指令等。 在本例中，使用的是 TMS320C6711 DSP。这是 TI 公司 6000 系列中的一款浮点型号， 由于其时钟频率非常高，且采用了超常指令字（VLIW）结构、类 RISC 指令集、多级流 水等技术，所以运算性能相当强大，在通信设备、图像处理、医疗仪器等方面都有着广泛 的应用。 在 C6711 中，中断有 3 种类型，即复位、不可屏蔽中断（NMI）和可屏蔽中断（INT4- INT15）。可屏蔽中断由 CSR

4、寄存器控制全局使能，此外也可用 IER 寄存器分别置位使 能。而在 C6711 中并没有软中断机制，所以 C/OS-II 的任务切换需要编写一个专门的函 数实现。 此外，C6711 也没有专门的中断返回指令、批量压栈指令，所以相应的任务切换代码均 需编程完成。由于采用了类 RISC 核心，C6711 的内核结构中，只有 A0-A15和 B0-B15 这 两组 32bit的通用寄存器。 C语言开发工具 无论所使用的系统核心是什么，C 语言开发工具对于 C/OS-II 是必不可少的。 最简单的信息可以从开发工具的手册中查找，比如：C 语言各种数据类型分别编译为多 少字节；是否支持嵌入式汇编，格式要

5、求怎样；是否支持“interrupt”非标准关键字声明的中断函数；是否支持汇编代码列表(list)功能，等等。 上述的这样一些特性，会给嵌入式的开发带来很多便利。TI 的 C语言开发工具 CCS for C6000 就包含上述的所有功能。 而在此基础上，可以进一步地弄清开发工具的一些技术细节，以便进行之后真正的移植 工作。 首先，开启 C 编译器的“汇编代码列表(list)”功能，这样编译器就会为每个 C语言源文件 生成其对应的汇编代码文件。 在 CCS 开发环境中的方法是：在菜单“/Project/Build options”的“Feedback”栏中选择 “Interlisting：Opt

6、/C and ASM(-s)”；或者，也可以直接在 CCS 的 C编译命令行中加上“-s” 参数。 然后分别编写几个简单的函数进行编译，比较 C源代码和编译生成的汇编代码。例如： void FUNC_TEMP (void) Func_tmp2(); /调用任一个函数 在 CCS 中编译后生成的 ASM代码为： .asg B15, SP / 宏定义 _FUNC_TEMP: STW B3,*SP-(8) / 入栈 NOP 2 CALL _ Func_tmp2 /- MVKL BACK, B3 / 函数调用 MVKH BACK, B3 /- NOP 3 BACK: LDW *+SP(8),B3 /

7、出栈 NOP 4 RET B3 / 函数返回 NOP 5 由此可见，在 CCS 编译器的规则中，B15 寄存器被用作堆栈指针，使用通用存取指令进 行栈操作，而且堆栈指针必须以 8 字节为单位改变。 此外，B3 寄存器被用来保存函数调用时的返回地址，在函数执行之前需要入栈保护， 直到函数返回前再出栈。 当然，CCS 的 C编译器对于每个通用寄存器都有约定的用途，但对于 C/OS-II 的移植来 说，了解以上信息就足够了。 最后，再编写一个用“interrupt”关键字声明的函数： interrupt void ISR_TEMP (void) int a; a=0; 生成的 ASM代码为： _IS

8、R_TEMP: STW B4,*SP-(8) / 入栈 NOP 2 ZERO B4 /- STW B4,*+SP(4) / a=0 NOP 2 /- B IRP / 中断返回 LDW *+SP(8),B4 / 出栈 NOP 4 与前一段代码相比，对于中断函数的编译，有两点不同： 函数的返回地址不再使用 B3 寄存器，相应地也无需将 B3 入栈。（IRP 寄存器能自动保 存中断发生时的程序地址） 编译器会自动统计中断函数所用到的寄存器，从而在中断一开始将他们全部入栈保护 例如上述程序段中，只用到了 B4 寄存器。 编写移植代码 在深入了解了系统核心与开发工具的基础上，真正编写移植代码的工作就相对

9、比较简单 了。 C/OS-II 自身的代码绝大部分都是用 ANSI C 编写的，而且代码的层次结构十分干净， 与平台相关的移植代码仅仅存在于 OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及 OS_CPU.H 这三 个文件当中。 在移植的时候，结合前面两个步骤中已经掌握的信息，基本上按照嵌入式实时操作系 统 C/OS-II一书的相关章节的指导来做就可以了。 但是，由于系统核心、开发工具的千差万别，在实际项目中，一般都会有一些处理方法 上的不同，需要特别注意。以 C6711 的移植为例： 中断的开启和屏蔽的两个宏定义为： #define OS_ENTER_CRITICAL() Disable_

10、int() #define OS_EXIT_CRITICAL() Enable_int() Disable_int 和 Enable_int是用汇编语言编写的两个函数。在这里使用了控制状态寄存器 (CSR)的一个特性CSR 中除了控制全局中断的 GIE 位之外，还有一个 PGIE 位，可用 于保存之前的 GIE 状态。 因此在 Disable_int中先将 GIE 的值写入 PGIE，然后再将 GIE 写 0，屏蔽中断。而在 Enable_int中则从 PGIE 读出值，写入 GIE，从而回复到之前的中断设置。 这样，就可以避免使用这两个宏而意外改变了系统的中断状态此外，也没有使用堆栈 或局部

11、变量，比原作者推荐的方法要好。 任务的切换： 前文说过，C6711 中没有软中断机制，所以任务的切换需要用汇编语言自行编写一个函数 _OSCtxSw来实现，并且 #define OS_TASK_SW() OSCtxSw() 在 C6711 中需要入栈保护的寄存器包括 A0-A15、B0-B15、CSR、IER、IRP 和 AMR，这 些再加上当前的程序地址构成一个存储帧，需要入栈保存。 _OSCtxSw函数中，需要像发生了一次中断那样，将上述存储帧入栈，然后获取被激活任 务的 TCB 指针，将其存储帧的内容弹出，从而完成任务切换。 需要特别注意的是，在这里 OS_TASK_SW 是作为函数调用

12、的，所以如前文所述，调用 时的当前程序地址是保存在 B3 寄存器中的，这也就是任务重新激活时的返回地址。 中断的编写： 如前文所述，如果用“interrupt”关键字声明函数，CCS 在编译时，会自动将该函数中使 用到的寄存器入栈、出栈保护。 但是，这会导致各种中断发生时，出入栈的内容各不相同。这对于 C/OS-II 是会引起严 重错误的。因为 C/OS-II 要求中断发生时的入栈操作使用和发生任务切换时完全一样的存 储帧结构。 因此，在移植时、基于 C/OS-II 进行开发时，都不应当使用“interrupt”关键字，而应用如 下结构编写中断函数： void OSTickISR (void)

13、 DSP_C6x_Save(); / 服务函数，入栈 OSIntEnter(); if (OSIntNesting = 1) / v2.51 版本新增加 OSTCBCur-OSTCBStkPtr =(OS_STK*) DSP_C6x_GetCurrentSP(); / 服务函数 / 获取当前 SP 的值 / 允许中断嵌套 则在此处开中断 OSTimeTick(); OSIntExit(); DSP_C6x_Resume(); / 服务函数，出栈 DSP_C6x_Save 和 DSP_C6x_Resume 是两个服务函数，分别完成中断的出、入栈操作。它 们与 OS_TASK_SW函数的区别在于：

14、中断发生时的当前程序地址是自动保存在 IRP 寄存 器的，应将其作为任务返回地址，而不再是 B3。此外，DSP_C6x_Resume 是一个永远不 会返回的函数，在将所有内容出栈后，它就直接跳转回到中断发生前的程序地址处，继续 执行。 进行移植的测试 在编写完了所有的移植代码之后，就可以编写几个简单的任务程序进行测试了，大体上 可以分三个步骤来进行，相关资料比较详尽，这里就不多作赘述了。 封装服务函数 最后这个步骤，往往是容易被忽视的，但对于保持项目代码的简洁、易维护有很重要的 意义。 C/OS-II 的原作者强烈建议将源代码分路径进行存储，例如本文例子中的所有源代码就应 按如下路径结构存储：

15、 uCOS-II SOURCE / 平台无关代码 OS_CORE.C . TI_C6711 / 系统核心 CCS / 开发工具 OS_CPU.H OS_CPU_A.ASM OS_CPU_C.C DSP_C6x_Service / 服务函数 DSP_C6x_ Service.H DSP_C6x_ Service.ASM TEST / 具体的开发项目代码 OS_CFG.H INCLUDES.H TEST.C . 如上，DSP_C6x_Service 中的服务函数，类似于原作者提供的 80x86版本中的 PC.C 和 PC.H 文件。在本文的例子中，服务函数则包括了上文提及的中断相关函数，以及系统初 始化函数 DSP_C6x_SystemInit()和时钟初始化函数 DSP_C6x_TimerInit()等。 而具体的开发项目代码，则可以分别在“/TI_C6711”路径下新建自己的目录，就如同移 植测试的“TEST”项目，而无需再关注 C/OS-II 的源代码和服务函数。 如此，就可以避免不必要的编译错误，也便于开发项目的维护。