mC/OS-II是一個(gè)完整的，可移植、可固化、可裁減的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它功能強(qiáng)大，支持56個(gè)用戶任務(wù)，支持信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制。公開(kāi)源代碼，程序可讀性強(qiáng)、移植性好，同時(shí)可免費(fèi)獲得。
LPC2119是由PHILIPS生產(chǎn)的一款32位ARM7TDMI-S微處理器，其核心為高性能的32位RISC體系結(jié)構(gòu)，并具有高密度的16位指令集和極低的功耗。具有零等待128K字節(jié)的片內(nèi)FLASH，16K的SRAM，無(wú)需擴(kuò)展存儲(chǔ)器，使系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、可靠。
本文主要討論mC/OS-II在LPC2119上的移植，同時(shí)對(duì)移植前需要掌握的基本知識(shí)進(jìn)行了分析，特別是對(duì)與移植密切相關(guān)的三個(gè)文件進(jìn)行了詳細(xì)分析，還對(duì)用到的芯片的重映射概念進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。
LPC2119簡(jiǎn)介
LPC2119片上資源除了上面介紹的存儲(chǔ)器外，還有2個(gè)UART、高速I2C接口、2個(gè)SPI接口、6路輸出的PWM單元、4路10位AD轉(zhuǎn)換器、2個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)CAN通道、實(shí)時(shí)時(shí)鐘及看門狗等，通過(guò)片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻率。
由于下文啟動(dòng)代碼的編寫要用到重映射(remap)的概念，LPC2119以及其它系列的芯片如AT91等也都有重映射的功能，所以在此加以說(shuō)明對(duì)其它ARM芯片的學(xué)習(xí)具有借鑒作用。
在ARM芯片的存儲(chǔ)器中，異常向量表如表1所示。
當(dāng)系統(tǒng)上電后，程序?qū)⒆詣?dòng)從0地址處開(kāi)始執(zhí)行，因此在系統(tǒng)的初始狀態(tài)，要求0地址處的存儲(chǔ)器是非易性的ROM或Flash等。但是ROM或Flash的訪問(wèn)速度相對(duì)較慢，每次中斷發(fā)生后，都要從讀取ROM或Flash上的向量表開(kāi)始，影響了中斷響應(yīng)速度。因此，LPC2119提供一種靈活的地址重映射方法，該方法可以將內(nèi)部RAM的地址重新映射到0x0的位置。在系統(tǒng)執(zhí)行重映射命令之前，需要將Flash中的中斷向量代碼拷貝到內(nèi)部RAM中。這樣在重映射命令執(zhí)行之后相當(dāng)于從內(nèi)部RAM中0x0的位置找到中斷向量，而實(shí)際上是將RAM的起始地址0x40000000映射為0x0了。這樣，中斷執(zhí)行時(shí)相當(dāng)于在RAM中找到對(duì)應(yīng)中斷向量，實(shí)現(xiàn)異常處理調(diào)試。
mC/OS-II的介紹
mC/OS-II實(shí)際上是一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，內(nèi)核提供的基本服務(wù)就是任務(wù)切換。在mC/OS-II中，為每個(gè)任務(wù)分配專門的堆棧空間。mC/OS-II進(jìn)行任務(wù)切換的時(shí)候，會(huì)把當(dāng)前任務(wù)的CPU寄存器放到此任務(wù)的堆棧中，然后再?gòu)牧硪粋€(gè)任務(wù)的堆棧中恢復(fù)原來(lái)的工作寄存器，繼續(xù)運(yùn)行另一個(gè)任務(wù)。所以，寄存器的入棧和出棧是mC/OS-II多任務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)。
mC/OS-II的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
如圖1所示，與處理器相關(guān)的代碼只有三個(gè)文件，一般移植的時(shí)候只要修改這三個(gè)文件就可以了。
編寫啟動(dòng)代碼
啟動(dòng)代碼是芯片復(fù)位后進(jìn)入C語(yǔ)言的main()函數(shù)前執(zhí)行的一段代碼，主要是為運(yùn)行C語(yǔ)言程序提供基本運(yùn)行環(huán)境，如初始化外圍部件、存儲(chǔ)器系統(tǒng)等。因此啟動(dòng)代碼的功能有些類似PC機(jī)中的BIOS和VxWorks中的Bootloader。由于飛利浦未提供該芯片的啟動(dòng)代碼，所以需要自己編寫啟動(dòng)代碼。
啟動(dòng)代碼可以劃分為五個(gè)文件：Startup.s、IRQ.s、stack.s、heap.s和target.c。Startup.s包含了前面提到的異常向量表和系統(tǒng)初始化代碼，一般無(wú)需改動(dòng)；IRQ.s包含中斷服務(wù)程序與C程序的接口代碼，可根據(jù)實(shí)際使用的中斷情況進(jìn)行少量修改；stack.s和heap.s保存C語(yǔ)言使用的堆和棧的開(kāi)始位置；target.c包含目標(biāo)板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標(biāo)板初始化程序，可根據(jù)程序的需要修改。
由于啟動(dòng)代碼的編寫很長(zhǎng)，而本文只是想指出編寫啟動(dòng)代碼是移植前必須做的準(zhǔn)備工作并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，因此在這里就不具體列出所有代碼(具體的啟動(dòng)代碼見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1])，而給出一個(gè)很重要的目標(biāo)板初始化程序中的函數(shù)TargetResetInit()的流程圖，從中可以看出在進(jìn)入main()函數(shù)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的基本初始化工作的具體步驟。
移植
有了上面的知識(shí)和編寫啟動(dòng)代碼這項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，就可以進(jìn)入具體移植階段了。主要完成以下工作：
① 為了增強(qiáng)代碼的可移植性，所有C文件添加頭文件includes.h。
② 用戶程序添加config.h。
③ 在文件OS_CPU.H中需要添加或修改的主要代碼有：
?定義不依賴于編譯器的數(shù)據(jù)類型：
typedef unsigned char INT8U;
typedef unsigned short INT16U;
typedef unsigned int INT32U;
typedef INT32U OS_STK;
???
?使用軟中斷SWI作底層接口：
__swi(0x00) void OS_TASK_SW(void); /* 任務(wù)級(jí)任務(wù)切換函數(shù) */
__swi(0x01) void _OSStartHighRdy(void); /* 運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù) */
__swi(0x02) void OS_ENTER_CRITICAL(void); /*關(guān)中斷 */
__swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void); /* 開(kāi)中斷 */
???
__swi(0x80) void ChangeToSYSMode(void); /* 任務(wù)切換到系統(tǒng)模式 */
__swi(0x81) void ChangeToUSRMode(void); /* 任務(wù)切換到用戶模式 */
? #define OS_STK_GROWTH 1 /* 堆棧是從上往下長(zhǎng)的*/
?定義工作模式：
#define USR32Mode 0x10 /* 用戶模式 */
#define SYS32Mode 0x1f /* 系統(tǒng)模式*/
#define NoInt 0x80
#ifndef USER_USING_MODE
#define USER_USING_MODE USR32Mode /* 任務(wù)缺省模式*/
#endif
?定義開(kāi)關(guān)信號(hào)量： extern OS_STK OsEnterSum
④ 在文件OS_CPU_C.C中需要添加或修改的代碼：
? OS_ENTER_CRITICAL()代碼
__asm
{ MRS R0, SPSR
ORR R0, R0, #NoInt
MSR SPSR_c, R0
}
OsEnterSum++;
? OS_EXIT_CRITICAL()代碼
if (--OsEnterSum == 0)
{ __asm
{ MRS R0, SPSR
BIC R0, R0, #NoInt
MSR SPSR_c, R0
}
}
? 編寫任務(wù)堆棧的初始化代碼：
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{ OS_STK *stk;
opt = opt; /* 'opt' 沒(méi)有使用。作用是避免編譯器警告 */
stk = ptos; /* 獲取堆棧指針*/
/* 建立任務(wù)環(huán)境，使用滿遞減堆棧 */
*stk = (OS_STK) task; /* pc */
*--stk = (OS_STK) task; /* lr */
*--stk = 0; /* r12 */
?? /*r11?r2*/
*--stk = 0; /* r1 */
*--stk = (unsigned int) pdata; &
