《北京航空航天大学嵌入式系统课件第九章节课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京航空航天大学嵌入式系统课件第九章节课件（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、嵌入式系统 RTEOS C/OS-II 的移植,2006年6月9日,主要内容,移植规划 C/OS-II的移植 嵌入式系统的初始化,移植规划-概述,所谓“移植”，就是使一个实时内核能在其它的微处理器或微控制器上运行。 尽管大部分C/OS-II的代码是用C语言编写的，但是在编写与处理器硬件相关的代码时还是不得不使用汇编语言。 移植的主要工作就是编写这些与处理器硬件相关的代码。 操作系统的移植大体可以分为两个层次： 跨体系结构的移植 针对特定处理器的移植,移植规划,在移植前针对所使用的微处理器进行规划，主要有以下几个方面的考虑： 编译器的选择 任务模式的选择 支持的指令集,移植规划（续）,编译器的选
2、择,针对ARM处理器核的C语言编译器有很多，如SDT、 ADS、IAR、TASKING和GCC等 目前在国内最流行的是ADS、SDT和GCC SDT和ADS均为ARM公司自己开发，ADS为SDT的升级版，以后ARM公司不再支持SDT，故不选择SDT。GCC虽然支持广泛，很多开发套件使用它作为编译器，但是与ADS比较其编译效率较低，这对充分发挥芯片性能不利 考虑使用ADS编译程序和调试,ARM的工作模式,ARM处理器有7种操作模式: 用户模式(usr) - 正常的程序执行模式 快速中断模式(fiq) - 支持高速数据传输或通道处理 中断模式(irq) - 用于通用中断处理 管理员模式(svc)
3、- 操作系统的保护模式. 中止模式(abt) - 支持虚拟内存和/或内存保护等异常 系统模式(sys) - 支持操作系统的特殊用户模式(运行操作系统任务） 未定义模式(und) - 支持硬件协处理器的软件仿真 除了用户模式外，其他模式均可视为特权模式,移植规划（续）,任务模式的取舍,ARM7处理器核具有上述七种模式，其中除用户模式外其它均为特权模式。其中管理、中止、未定义、中断和快中断模式与相应异常相联系，任务使用这些模式不太适合。 系统模式除了是特权模式外，其它与用户模式一样，因而可选为任务使用的模式只有用户模式和系统模式。 为了尽量减少任务代码错误对整个程序的影响，缺省的任务模式定为用户模
4、式，可选为系统模式，同时提供接口使任务可以在这两种模式间切换。,移植规划（续）,支持的指令集,带T变量的ARM7处理器核具有两个指令集： 标准32位ARM指令集 16位Thumb指令集 两种指令集有不同的应用范围。 为了最大限度地支持芯片的特性，任务应当可以使用任意一个指令集并可以自由切换，而且不同的任务应当可以使用不同的指令集,移植C/OS-II,概述,要移植一个操作系统到一个特定的CPU体系结构并不是一件很容易的事情，它对移植者有以下要求： 1 对目标体系结构要有很深了解； 2 对OS原理要有较深入的了解； 3 对所使用的编译器要有较深入的了解； 4 对需要移植的操作系统要有相当的了解；
5、5 对具体使用的芯片也要一定的了解,要移植一个操作系统到一个特定的CPU体系结构上并不是一件很容易的事情，它对移植者有以下要求： 1 对目标体系结构要有很深了解； 2 对OS原理要有较深入的了解； 3 对所使用的编译器要有较深入的了解； 4 对需要移植的操作系统要有相当的了解； 5 对具体使用的芯片也要一定的了解。,概述,要移植一个操作系统到一个特定的CPU体系结构上并不是一件很容易的事情，它对移植者有以下要求： 1 对目标体系结构要有很深了解； 2 对OS原理要有较深入的了解； 3 对所使用的编译器要有较深入的了解； 4 对需要移植的操作系统要有相当的了解； 5 对具体使用的芯片也要一定的了
6、解。,因为第4点的影响是全局性的，它决定移植代码的框架和功能。 所以重点介绍第4点。,主要内容,移植规划 C/OS-II的移植 嵌入式系统的初始化,C/OS-II的文件结构,C/OS-II移植,C/OS-II硬件软件体系结构,用于产生系统时钟,移植时需要编写的代码,移植C/OS-II满足的条件,处理器的C编译器能产生可重入代码 在程序中可以打开或者关闭中断 处理器支持中断，并且能产生定时中断（通常在10100Hz之间） 处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈（通常是几千字节） 处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器的内容存储和读出到堆栈（或者内存）的指令,什么是可重入代码,可重入的代码指的是一段
7、可以被多个任务同时调用，而不必担心会破坏数据的代码（比如：一个函数） 即：可重入型函数在任何时候都可以被中断执行，过一段时间以后又可以继续运行，而不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调用，而影响函数中的数据,可重入代码举例,程序1：可重入型函数 void swap(int *x, int *y) int temp; temp=*x; *x=*y; *y=temp; ,非可重入代码举例,程序2：非可重入型函数 int temp; void swap(int *x, int *y) temp=*x; *x=*y; *y=temp; ,不可重入函数被中断破坏,如何使函数具有可重入性,使Swap(
8、)函数具有可重入性的条件： 把Temp定义为局部变量 调用Swap()函数之前关中断，调用 后再开中断 用信号量禁止该函数在使用过程中 被再次调用,概述,根据C/OS-II的要求，移植C/OS-II到一个新的体系结构上需要提供2个或3个文件： OS_CPU.H（C语言头文件） OS_CPU_C.C（C程序源文件） OS_CPU_A.ASM（汇编程序源文件） 其中OS_CPU_A.ASM在某些情况下不需要，但极其罕见。不需要OS_CPU_A.ASM的必须满足以下苛刻条件： 1.可以直接使用C语言开关中断； 2.可以直接使用C语言编写中断服务程序； 3.可以直接使用C语言操作堆栈指针； 4.可以直
9、接使用C语言保存CPU的所有寄存器。,移植需要编写的文件,概述,实际上，还有一个文件很重要，它就是IRQ.INC，它定义了一个汇编宏，它是C/OS-II for ARM7通用的中断服务程序的汇编与C函数接口代码。时钟节拍中断服务程序也没有移植，因为其与芯片和应用都强烈相关，需要用户自己编写，不过可以通过IRQ.INC简化用户代码的编写。,移植代码包括的主要内容,关于头文件includes.h和config.h,C/OS-II要求所有.C文件的都要包含头文件includes.h，这样使得用户项目中的每个.C文件不用分别去考虑它实际上需要哪些头文件。 使用INCLUDES.H的缺点是它可能会包含一
10、些实际不相关的头文件，这意味着每个文件的编译时间可能会增加，但却增强了代码的可移植性。 在移植中另外增加了一个头文件config.h，要求所有用户程序必须包含config.h，在config.h中包含includes.h和特定的头文件和配置项。而C/OS-II的系统文件依然只是包含includes.h，即C/OS-II的系统文件完全不必改动。所有的配置改变包括头文件的增减均在config.h中进行，而includes.h定下来后不必改动（C/OS-II的系统文件需要包含的东西是固定的）。这样，C/OS-II的系统文件需要编译的次数大大减少，编译时间随之减少。,设置与处理器和编译器相关的代码,O
11、S_CPU.H中定义了与编译器相关的数据类型。比如：INT8U、INT8S等。 与 ARM处理器相关的代码，使用OS_ENTER_CRITICAL() 和OS_EXIT_CRITICAL() 宏开启关闭中断 设置堆栈的增长方向 ：堆栈由高地址向低地址增长,编写OS_CPU.H,C/OS-II使用结构常量OS_STK_GROWTH中指定堆栈的生长方式： 置OS_STK_GROWTH为0表示堆栈从下往上长。 置OS_STK_GROWTH为1表示堆栈从上（高地址）往下（低地址）长。 虽然ARM处理器核对于两种方式均支持，但ADS的C语言编译器仅支持一种方式，即从上往下长，并且必须是满递减堆栈，所以O
12、S_STK_GROWTH的值为1。 #define OS_STK_GROWTH 1,堆栈生长方式,编写OS_CPU.H,C/OS-II不使用C语言中的short、int、long等数据类型的定义，因为它们与处理器类型有关，隐含着不可移植性。代之以移植性强的整数数据类型，这样，既直观又可移植，不过这就成了必须移植的代码。根据ADS编译器的特性，这些代码如下程序清单所示（与编译有关）。,typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; typedef signed char INT8S; typedef unsigned sho
13、rt INT16U; typedef signed short INT16S; typedef unsigned int INT32U; typedef signed int INT32S; typedef float FP32; typedef double FP64; typedef INT32U OS_STK;,不依赖于编译的数据类型,设置includes.h,typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; typedef signed char INT8S; typedef unsigned int INT16U;
14、 typedef signed int INT16S; typedef unsigned long INT32U; typedef signed long INT32S; typedef float FP32; typedef double FP64; typedef unsigned long OS_STK; typedef unsigned long OS_CPU_SR; extern int INTS_OFF(void); extern void INTS_ON(void); #define OS_ENTER_CRITICAL() cpu_sr = INTS_OFF(); #define
15、 OS_EXIT_CRITICAL() if(cpu_sr = 0) INTS_ON(); #define OS_STK_GROWTH 1 /*从高向低*/,程序状态寄存器（CPSR）,条件位： N = 1-结果为负,0-结果为正或0 Z = 1-结果为0,0-结果不为0 C =1-进位，0-借位 V =1-结果溢出，0结果没溢出 Q 位： 仅ARM 5TE/J架构支持 指示增强型DSP指令是否溢出 J 位 仅ARM 5TE/J架构支持 J = 1: 处理器处于Jazelle状态,中断禁止位： I = 1: 禁止 IRQ. F = 1: 禁止 FIQ. T Bit 仅ARM xT架构支持 T
16、= 0: 处理器处于 ARM 状态 T = 1: 处理器处于 Thumb 状态 Mode位(处理器模式位): 0b10000 User 0b10001 FIQ 0b10010 IRQ 0b10011 Supervisor 0b10111 Abort 0b11011 Undefined 0b11111 System,编写OS_CPU.H,C/OS-II运行时，处理器可能处于的模式如下图所示：,使用软中断SWI作底层接口,用户任务使用的处理器模式,ARM7内核具有的指令集,ARM指令 用户模式,ARM指令 系统模式,Thumb指令 系统模式,Thumb指令 用户模式,编写OS_CPU.H,为了使底层接口函数与处理器状态无关，同时在任务调用相应的函数不需要
