基于stm32的ucosii系统移植

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1、基于基于 STM32 的的 u/COS-II 系统移植系统移植 【摘要】本文硬件平台采用 ARM 公司基于 ARMV7 架构的 Cortex-M3 系列处 理器 STM32F103，利用安富来公司现有的开发板，移植一个基于 u/COS-II 操作 系统的应用程序框架（系统移植） ；创建多个任务，并通过使用消息邮箱进行两 个任务之间的通信。本文重点是把 u/COS-II 系统移植到程序中来，进而把各个 基本功能模块化，并划分为几个主任务，以便实现嵌入式系统的操作。 【关键字】u/COS-II STM32 系统移植 消息邮箱 串口通信 【引言】随着人类社会经济的不断发展，科研领域不断的拓宽，嵌入式

2、系统产 品渐渐完善，并在全世界各行业得到广泛应用。通过移植嵌入式操作系统，计 算机可以更好地管理内存，并且在很大程度上提高系统的实时性。本设计通过 在 STM32 上移植 u/COS-II 操作系统，实现了流水灯闪烁，使用消息邮箱实现 多任务间的通信，并通过串口将信息打印到 PC 终端等功能。加深了笔者对嵌 入式操作系统的理解。 【正文】 1 U/COS-II 的简介的简介 U/COS-II 的前身是 UCOS，最早出自于 1992 年美国嵌入式系统专家 Jean J.Labrosse 在嵌入式系统编程杂志的 5 月和 6 月刊上刊登的文章连载，并把 UCOS 的源码发布在该杂志的 BBS 上

3、。目前最新的版本：U/COS-lll 已经出来， 但是现在使用最为广泛的还是 U/COS-II，本章我们主要针对 U/COS-II 进行介 绍。 U/COS-II 是一个可以基于 ROM 运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务 内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，是和很多商业操作 系统性能相当的实时操作系统(RTOS)。为了提供最好的移植性能，U/COS-II 最 大程度上使用 ANSI C 语言进行开发，并且已经移植到近 40 多种处理器体系上， 涵盖了从 8 位到 64 位各种 CPU(包括 DSP)。 U/COS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用 C

4、 语言 编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的，总量约 200 行的汇编语言部 分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的 CPU 上。用户只要有 标准的 ANSI 的 C 交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将 U/COS-II 嵌人到开发的产品中。U/COS-II 具有执行效率高、占用空间小、实 时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至 2KB。U/COS-II 已经移植 到了几乎所有知名的 CPU 上。 U/COS-II 构思巧妙。结构简洁精练，可读性强，同时又具备了实时操作系 统的全部功能，虽然它只是一个内核，但非常适合初次接触嵌入式实时操作系 统者，可

5、以说是麻雀虽小，五脏俱全。U/COS-II（V2.91 版本）体系结构如图 1 所示： 图 1：U/COS-II 体系结构图 本设计使用的是 U/COS-II 的最新版本：V2.91 版本，该版本 U/COS-II 比 早期的 U/COS-II（如 V2.52）多了很多功能（比如多了软件定时器，支持任务 数最大达到 255 个等） ，而且修正了很多已知 BUG。 从上图可以看出，U/COS-II 的移植，只需要修改：os_cpu.h、os_cpu_a.asm 和 os_cpu.c 等三个文件即可，其中：os_cpu.h，进行数据类型的定义，以及处 理器相关代码和几个函数原型；os_cpu_a.

6、asm，是移植过程中需要汇编完成的 一些函数，主要就是任务切换函数；os_cpu.c，定义一些用户 HOOK 函数。 图中定时器的作用是为 U/COS-II 提供系统时钟节拍，实现任务切换和任务 延时等功能。这个时钟节拍由 OS_TICKS_PER_SEC（os_cfg.h 中定义）设置， 一般设置 U/COS-II 的系统时钟节拍为 1ms100ms，具体根据所用处理器和使 用需要来设置。本设计中，我利用 STM32 的 SYSTICK 定时器来提供 U/COS-II 时钟节拍。 U/COS-II 早期版本只支持 64 个任务，但是从 2.80 版本开始，支持任务数 提高到 255 个，不过

7、对一般使用者来说一般 64 个任务都是足够多了，一般很难 用到这么多个任务。U/COS-II 保留了最高 4 个优先级和最低 4 个优先级的总共 8 个任务，用于拓展使用，但实际上，U/COS-II 一般只占用了最低 2 个优先级， 分别用于空闲任务（倒数第一）和统计任务（倒数第二） ，所以剩下给我们使用 的任务最多可达 255-2=253 个（V2.91） 。 所谓的任务，其实就是一个死循环函数，该函数实现一定的功能，一个工 程可以有很多这样的任务（最多 255 个） ，U/COS-II 对这些任务进行调度管理， 让这些任务可以并发工作（注意不是同时工作！并发只是各任务轮流占用 CPU，而不

8、是同时占用，任何时候还是只有 1 个任务能够占用 CPU） ，这就是 U/COS-II 最基本的功能。 U/COS-II 的任何任务都是通过一个叫任务控制块（TCB）的东西来控制的， 每个任务管理块有 3 个最重要的参数：1，任务函数指针；2，任务堆栈指针； 3，任务优先级；任务控制块就是任务在系统里面的身份证（U/COS-II 通过优 先级识别任务） 。 在 U/COS-II 中，使用 CPU 的时候，优先级高（数值小）的任务比优先级 低的任务具有优先使用权，即任务就绪表中总是优先级最高的任务获得 CPU 使 用权，只有高优先级的任务让出 CPU 使用权（比如延时）时，低优先级的任务 才能获

9、得 CPU 使用权。U/COS-II 不支持多个任务优先级相同，也就是每个任 务的优先级必须不一样。 任务的调度其实就是 CPU 运行环境的切换，即：PC 指针、SP 指针和寄存 器组等内容的存取过程。 U/COS-II 的每个任务都是一个死循环。每个任务都处在以下 5 种状态之一 的状态下，这 5 种状态是：睡眠状态、就绪状态、运行状态、等待状态(等待某 一事件发生)和中断服务状态。在 U/COS-II 中，与任务相关的几个重要函数： 1）创建任务函数 如果想让 U/COS-II 管理用户的任务，必须先建立任务。U/COS-II 提供了 2 个建立任务的函数：OSTaskCreat 和 OS

10、TaskCreatExt，我们一般用 OSTaskCreat 函数来创建人任务，该函数的原型为 OSTaskCreate(void(*task) (void*pd),void*pdata,OS_STK*ptos,INTU prio)。该函数包括 4 个参数：task：是 指向任务代码的指针；pdata：是任务开始执行时，传递给任务的参数的指针； ptos：是分配给任务的堆栈的栈顶指针；prio 是分配给任务的优先级。每个任务 都有自己的堆栈，堆栈必须申明为 OS_STK 类型，并且由连续的内存空间组成。 可以静态分配堆栈空间，也可以动态分配堆栈空间。OSTaskCreatExt 也可以用 来创

11、建任务。 2）改变任务的优先级函数 U/COS-II 在建立任务时，会分配给任务一个优先级，但是这个优先级并不 是一成不变的，而是可以通过调用 U/COS-II 提供的函数修改。U/COS-II 提供 的任务优先级修改函数原型为：INT8U OSTaskChangePrio(INT8U oldprio,INT8U newprio)。 3）任务挂起函数 任务挂起只是将被挂起任务的就绪标志删除，并做任务挂起记录，并没有 将任务控制块任务控制块链表里面删除，也不需要释放其资源。被挂起的任务， 在恢复（解挂）后可以继续运行。U/COS-II 提供的任务挂起函数原型为： INT8U OSTaskSusp

12、end(INT8U prio)。 4）任务恢复函数 有任务挂起函数，就有任务恢复函数，通过该函数将被挂起的任务恢复， 让调度器能够重新调度该函数。U/COS-II 提供的任务恢复函数原型为：INT8U OSTaskResume(INT8Uprio)。 2. U/COS-II 信号量和邮箱简介信号量和邮箱简介 系统中的多个任务在运行时，经常需要互相无冲突地访问同一个共享资源， 或者需要互相支持和依赖，甚至有时还要互相加以必要的限制和制约，才保证 任务的顺利运行。因此，操作系统必须具有对任务的运行进行协调的能力，从 而使任务之间可以无冲突、流畅地同步运行，而不致导致灾难性的后果。 例如，任务 A

13、和任务 B 共享一台打印机，如果系统已经把打印机分配给了 任务 A，则任务 B 因不能获得打印机的使用权而应该处于等待状态，只有当任 务 A 把打印机释放后，系统才能唤醒任务 B 使其获得打印机的使用权。如果这 两个任务不这样做，那么会造成极大的混乱。 任务间的同步依赖于任务间的通信。在 U/COS-II 中，是使用信号量、邮箱 （消息邮箱）和消息队列这些被称作事件的中间环节来实现任务之间的通信的。 两个任务通过事件进行通讯的示意图如图 2 所示： 图 2：两个任务使用事件进行通信的示意图 在图 2 中任务 1 是发信方，任务 2 是收信方。任务 1 负责把信息发送到时 间上，这项操作叫做发送

14、事件。任务 2 通过读取事件操作对事件进行查询：如 果有信息则读取，否则等待。读事件操作叫做请求事件。 为了把描述事件的数据结构统一起来，U/COS-II 使用叫做事件控制块(ECB)的 数据结构来描述诸如信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些事件。事件控 制块中包含包括等待任务表在内的所有有关事件的数据，事件控制块结构体定 义如下： typedef struct INT8U OSEventType; /事件的类型 INT16U OSEventCnt; /信号量计数器 void *OSEventPtr; /消息或消息队列的指针 INT8U OSEventGrp; /等待事件的任务组 INT8U

15、 OSEventTblOS_EVENT_TBL_SIZE;/任务等待表 #if OS_EVENT_NAME_EN 0u INT8U *OSEventName; /事件名 #endif OS_EVENT; 信号量是一类事件。使用信号量的最初目的，是为了给共享资源设立一个 标志，该标志表示该共享资源的占用情况。这样，当一个任务在访问共享资源 之前，就可以先对这个标志进行查询，从而在了解资源被占用的情况之后，再 来决定自己的行为。 信号量可以分为两种：一种是二值型信号量，另外一种是 N 值信号量。 U/COS-II 将二值型信号量称之为也叫互斥型信号量，将 N 值信号量称之 为计数型信号量，也就是普

16、通的信号量。在 U/COS-II 中，与信号量相关的几 个重要函数。 1）创建信号量函数 在使用信号量之前，我们必须用函数 OSSemCreate 来创建一个信号量， 该函数的原型为：OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt)。该函数返回值为已 创建的信号量的指针，而参数 cnt 则是信号量计数器（OSEventCnt）的初始值。 2）请求信号量函数 任务通过调用函数 OSSemPend 请求信号量，该函数原型如下：void OSSemPend ( OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)。其中，参数 pevent 是被请求信号量的指针，timeout 为等待时限，err 为错误信息。为防止 任务因得不到信号量而处于长期的等待状态，函数 OSSemPend 允许用参数 timeout 设置一个等待时间的限制，当任务等待的时间超过 timeout 时可以结 束等待状态而进入就绪状态。如果参数 timeout 被设置为 0，则表明任务的等 待时间为无限长。 3）发