《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LPC21XX移植UCOS-II小結(jié)
摘要: 文章標(biāo)題:LPC21XX移植UCOS-II小結(jié)。中國IT實驗室嵌入式開發(fā)頻道提供最全面的嵌入式開發(fā)培訓(xùn)及行業(yè)的信息、技術(shù)以及相關(guān)資料的下載.
Abstract:
Key words :

    1.在uC/OS-II的幫助手冊內(nèi),作者特地強(qiáng)調(diào)絕對不能在OSInit()或者OSStart()內(nèi)

    調(diào)用Timer初始化程序,那會破壞系統(tǒng)的可移植性同時帶來性能上的損失。

    所以,一個折中的辦法就是:

    在優(yōu)先級最高的程序內(nèi)調(diào)用,這樣可以保證當(dāng)OSStart()調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)

    OSStartHighRdy()開始多任務(wù)后,首先執(zhí)行的就是Timer初始化程序。或者

    專門開一個優(yōu)先級最高的任務(wù),只做一件事情,那就是執(zhí)行 Timer初始化,

    之后通過調(diào)用OSTaskSuspend()將自己掛起來,永遠(yuǎn)不再執(zhí)行。不過這樣會

    浪費一個TCB空間。對于那些RAM吃緊的系統(tǒng)來說,還是不用為好。

    2.(三) 一些重要的uC/OS-II API介紹

    任何一個操作系統(tǒng)都會提供大量的API供程序員使用,uC/OS-II也不例外。由于uC/OS-II面向

    的是嵌入式開發(fā),并不要求大而全,所以內(nèi)核提供的API也就大多和多任務(wù)息息相關(guān)。

    主要的有以下幾類:

    1)任務(wù)類

    2)消息類

    3)同步類

    4)時間類

    5)臨界區(qū)與事件類

    我個人認(rèn)為對于初級程序員而言,任務(wù)類和時間類是必須要首先掌握的兩種類型的API.

    下面我就來介紹比較重要的:

    1)OSTaskCreate函數(shù)

    這個函數(shù)應(yīng)該至少再main函數(shù)內(nèi)調(diào)用一次,在OSInit函數(shù)調(diào)用之后調(diào)用。作用就是創(chuàng)建

    一個任務(wù)。目前有四個參數(shù),分別是任務(wù)的入口地址,任務(wù)的參數(shù), 任務(wù)堆棧的首地址和

    任務(wù)的優(yōu)先級。調(diào)用本函數(shù)后,系統(tǒng)會首先從TCB空閑列表內(nèi)申請一個空的TCB指針,然后

    將會根據(jù)用戶給出參數(shù)初始化任務(wù)堆棧,并在內(nèi)部的任務(wù)就緒表內(nèi)標(biāo)記該任務(wù)為就緒狀態(tài)。

    最后返回,這樣一個任務(wù)就創(chuàng)建成功了。

    2)OSTaskSuspend函數(shù)

    這個函數(shù)很簡單,一看名字就該明白它的作用,它可以將指定的任務(wù)掛起。如果掛起的是

    當(dāng)前任務(wù)的話,那么還會引發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)切換先導(dǎo)函數(shù)OSShed來進(jìn)行一次任務(wù)切換。

    這個函數(shù)只有一個參數(shù),那就是指定任務(wù)的優(yōu)先級。那為什么是優(yōu)先級呢?事實上在系統(tǒng)

    內(nèi)部,優(yōu)先級除了表示一個任務(wù)執(zhí)行的先后次序外,還起著分別每一個任務(wù)的作用,換句話

    說,優(yōu)先級也就是任務(wù)的ID.所以uC/OS-II不允許出現(xiàn)相同優(yōu)先級的任務(wù)。

    3)OSTaskResume函數(shù)

    這個函數(shù)和上面的函數(shù)正好相反,它用于將指定的已經(jīng)掛起的函數(shù)恢復(fù)成就緒狀態(tài)。如果

    恢復(fù)任務(wù)的優(yōu)先級高于當(dāng)前任務(wù),那么還為引發(fā)一次任務(wù)切換。其參數(shù)類似 OSTaskSuspend

    函數(shù),為指定任務(wù)的優(yōu)先級。需要特別說明是,本函數(shù)并不要求和OSTaskSuspend函數(shù)成對使

    用。

    4)OS_ENTER_CRITICAL宏

    很多人都以為它是個函數(shù),其實不然,仔細(xì)分析一下OS_CPU.H文件,它和下面馬上要談到的

    OS_EXIT_CRITICAL都是宏。他們都是涉及特定 CPU的實現(xiàn)。一般都被替換為一條或者幾條

    嵌入式匯編代碼。由于系統(tǒng)希望向上層程序員隱藏內(nèi)部實現(xiàn),故而一般都宣稱執(zhí)行此條指

    令后系統(tǒng)進(jìn)入臨界區(qū)。其實, 它就是關(guān)個中斷而已。這樣,只要任務(wù)不主動放棄CPU使用權(quán),

    別的任務(wù)就沒有占用CPU的機(jī)會了,相對這個任務(wù)而言,它就是獨占了。所以說進(jìn)入臨界區(qū)了。

    這個宏能少用還是少用,因為它會破壞系統(tǒng)的一些服務(wù),尤其是時間服務(wù)。并使系統(tǒng)對外界響

    應(yīng)性能降低。

    5)OS_EXIT_CRITICAL宏

    這個是和上面介紹的宏配套使用另一個宏,它在系統(tǒng)手冊里的說明是退出臨界區(qū)。其實它就

    是重新開中斷。需要注意的是,它必須和上面的宏成對出現(xiàn),否則會帶來意想不到的后果。

    最壞的情況下,系統(tǒng)會崩潰。我們推薦程序員們盡量少使用這兩個宏調(diào)用,因為他們的確會

    破壞系統(tǒng)的多任務(wù)性能。

 

 

    6)OSTimeDly函數(shù)

    這應(yīng)該程序員們調(diào)用最多的一個函數(shù)了,這個函數(shù)完成功能很簡單,就是先掛起當(dāng)起當(dāng)前任務(wù),

    然后進(jìn)行任務(wù)切換,在指定的時間到來之后,將當(dāng)前任務(wù)恢復(fù)為就緒狀態(tài),但是并不一定運行,

    如果恢復(fù)后是優(yōu)先級最高就緒任務(wù)的話,那么運行之。簡單點說,就是可以任務(wù)延時一定時間

    后再次執(zhí)行它,或者說,暫時放棄CPU的使用權(quán)。一個任務(wù)可以不顯式的調(diào)用這些可以導(dǎo)致放棄CPU使用權(quán)的API,但那樣多任務(wù)性能會大大降低,因為此時僅僅依靠時鐘機(jī)制在進(jìn)行任務(wù)切換。一個好的任務(wù)應(yīng)該在完成一些操作主動放棄使用權(quán),好東西要大家分享嘛!

    3.我們推薦程序員們盡量少使用OS_ENTER_CRITICAL宏和 OS_EXIT_CRITICAL宏兩個宏調(diào)用,

    因為他們的確會破壞系統(tǒng)的多任務(wù)性能。why??

    4.在以uC/OS為操作系統(tǒng)的項目中,系統(tǒng)可能要處理各種不同的中斷請求,如果某個中斷處理

    程序需要調(diào)用uC/OS的各種Post函數(shù)向任務(wù)發(fā)出消息,那么uC/OS建議中斷服務(wù)程序的寫法是:

    1、保存全部CPU寄存器

    2、調(diào)用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1

    3、執(zhí)行用戶代碼做中斷服務(wù)

    4、調(diào)用OSIntExit

    5、恢復(fù)所有CPU寄存器

    6、執(zhí)行中斷返回指令

    暫且稱為“標(biāo)準(zhǔn)中斷”方式,這種方式實際上是將這個中斷處理加入了任務(wù)調(diào)度系統(tǒng),也就是

    說這個中斷可以引起任務(wù)的切換。

    如果在中斷處理中沒有調(diào)用各種Post函數(shù)的話,則可以用一般的、象原來沒有操作系統(tǒng)時的

    寫法:

    1、保存中斷處理程序需要用到的CPU寄存器

    2、執(zhí)行中斷處理

    3、恢復(fù)保存了的CPU寄存器

    4、執(zhí)行中斷返回指令

    暫且稱為“快中斷”方式,按照這種方法定義的中斷永遠(yuǎn)不會引起任務(wù)切換。

    在uC/OS系統(tǒng)中,每個任務(wù)都要定義獨立的棧空間,一個??臻g的使用包括5個部分:

    1、任務(wù)包括的各個函數(shù)的調(diào)用返回地址

    2、任務(wù)包括的各個函數(shù)中可能在棧上分配的局部變量

    3、發(fā)生了“標(biāo)準(zhǔn)中斷”方式定義的中斷或任務(wù)被掛起時,所要保存的任務(wù)上下文

    4、發(fā)生了“快中斷”方式定義的中斷時,中斷處理程序所需要的??臻g

    5、中斷嵌套時,所要保存的中斷嵌套上下文

    在這些使用的部分中,1,2,3,4的內(nèi)存占用量是比較容易估算的,最精確和保險的確定

    方法是:查看由C生成的asm文件,并計算各個函數(shù)的棧使用量。但是第5部分的??臻g使用

    量是隨中斷嵌套的深度而不斷增加的,是不確定的,一般的方法只能定義一個充分大的棧

    空間,使之不會溢出。

    為每個任務(wù)都定義一個充分大的??臻g,這在某些內(nèi)存稀缺的小項目中是非常痛苦的,

    有時不得不增擴(kuò)內(nèi)存,這就會使成本增加。

    我深入研究了uC/OS后,認(rèn)為,可以將所有任務(wù)棧空間使用的第5部分合并,這樣將會大大的

    降低整個系統(tǒng)對內(nèi)存的需求。

    uC/OS的任務(wù)調(diào)度是靠OS_Sched和 OSIntExit來完成的,這兩個函數(shù)中都要先判斷一個叫

    OSIntNesting的系統(tǒng)變量,如果OSIntNesting不為0,則不進(jìn)行任務(wù)切換。也就是說:

    在OSIntNesting為1(當(dāng)前只有一個中斷在處理中,并且沒有嵌套的中斷)時起,

    如果發(fā)生了嵌套的中斷(不管嵌套的層數(shù)有深),那么在所有嵌套的中斷一層一層地都返回

    直到 OSIntNesting再次為1時止,任務(wù)棧是不會切換的(棧指針都在一個任務(wù)的棧空間中變

    化)。

    據(jù)此,我們可以這樣改動:設(shè)置一個緩沖區(qū)OSInterruptStk,作為嵌套中斷的棧空間

    由所有任務(wù)共享,中斷服務(wù)程序改為:

    1、保存全部CPU寄存器

    2、調(diào)用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1

    增加:2.1、判斷OSIntNesting是否等于1,如果不是則轉(zhuǎn)到3

    增加:2.2、將棧指針SP保存到OSTCBCur->OSTCBStkPtr

    增加:2.3、將SP指向OSInterruptStk的棧頂(注意棧增長的方向)。

    3、執(zhí)行用戶代碼做中斷服務(wù)

    4、調(diào)用OSIntExit

    增加:4.1、判斷OSIntNesting是否等于0,如果不是則轉(zhuǎn)到5

    增加:4.2、從OSTCBCur->OSTCBStkPtr中恢復(fù)棧指針SP

    5、恢復(fù)所有CPU寄存器

    6、執(zhí)行中斷返回指令

 

    并且要修改OSIntCtxSw函數(shù),原始的OSIntCtxSw函數(shù)的寫法是:

    1、調(diào)整棧指針來去掉在調(diào)用:OSIntExit,OSIntCtxSw過程中入棧的多余內(nèi)容

    2、將當(dāng)前任務(wù)棧指針保存到OSTCBCur中(OSTCBCur->OSTCBStkPtr = __SP__)

    3、如果需要則調(diào)用OSTaskSwHook

    4、OSTCBCur = OSTCBHighRdy

    5、OSPrio = OSPrioHighRdy

    6、從OSTCBCur中恢復(fù)棧指針(__SP__ = OSTCBCur->OSTCBStkPtr)

    7、恢復(fù)保存了的CPU寄存器

    8、執(zhí)行中斷返回指令

    新的寫法只需將原寫法中的1,2去掉即可,因為1,2步只是保存舊任務(wù)的棧指針,而新的寫

    法中,這些步被移到了“中斷服務(wù)程序”中的2.2.

    5.注意arm Image for uCOSII for lpc213x 模板中的TargetInit()

    對于很多使用ZLG arm Image for uCOSII for lpc213x 模板的初學(xué)者,常常會置疑使用該模板

    后自動生成的target.c文件,和在程序中調(diào)用的TargetInit()函數(shù),我和 Zgpswh都是如此,這

    個問題當(dāng)初困擾了很久:當(dāng)用戶程序中不調(diào)用TargetInit()時,發(fā)現(xiàn)內(nèi)核能運行,但是等待機(jī)制

    失靈,調(diào)用 TargetInit(),很多硬件中斷打不開,后來,在很多熱心人的指點下解決了,現(xiàn)重新

    總結(jié)如下:

    請仔細(xì)察看ZLG模板里的target.c文件,這里的TargetInit()如下:

    void TargetInit(void)

    {

    OS_ENTER_CRITICAL();

    srand((uint32)TargetInit);

    VICInit();

    Timer0Init();

    OS_EXIT_CRITICAL();

    }

    其中的Timer0Init();用于硬件定時器0的初始化,事實上,ZLG的移植代碼的μC/OS-Ⅱ的時鐘節(jié)拍是

    通過定時器0提供的,不在主程序里調(diào)用這個函數(shù),μC/OS-Ⅱ的時鐘源就無法打開;但是,沒有開啟

    時鐘源的μC/OS-Ⅱ是同樣能運行的,只是內(nèi)核提供的延時和等待時限機(jī)制都不起作用,系統(tǒng)雖能將

    就運行,但因沒調(diào)用TargetInit()而使內(nèi)核功能不健全。

    請注意,TargetInit()中的另一個函數(shù)VICInit ()是用來中斷的初始化,它其中含有對UART0中斷的

    分配,在用戶程序里需要根據(jù)使用的硬件中斷修改這部分代碼,否則,這些硬件中斷無法開啟;

    再者,在不調(diào)用TargetInit()的時候,硬件的中斷初始化是在硬件初始化函數(shù)中完成,

    這也就是Zgpswh提到的現(xiàn)象:不調(diào)用TargetInit()內(nèi)核運行異常,調(diào)用了卻開不了UART0的中斷。

    解決的方法如下:

    這在《arm嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》的430頁7.4.3節(jié)中論述的很清楚:

    ……關(guān)鍵在于把程序與芯片相關(guān)中斷源掛接,使芯片在產(chǎn)生相應(yīng)的中斷后會調(diào)用相應(yīng)的處理程序。

    這需要做兩方面事情:

    1. 增加匯編接口的支持。……

    2. 初始化向量中斷控制器。……

 

    按照一下方法完成中斷源的的掛接:

    1、增加匯編接口的支持。方法是修改IRQ.s文件,在末尾添加本句代碼:

    UART0_Handler HANDLER UART0_Exception

    追加定義了通用串口0 中斷句柄。

    2、初始化向量中斷控制器。將target.c文件中的VICInit()修改如下:

    void VICInit(void)

    { extern void IRQ_Handler(void);

    extern void Timer0_Handler(void);

    extern void UART0_Handler(void);

    VICIntEnClr = 0xffffffff;

    VICDefVectAddr =(uint32)IRQ_Handler;

    VICVectAddr0 =(uint32)Timer0_Handler;

    VICVectCntl0 =(0x20 | 0x04);

    VICIntEnable = 1<<4;

    VICVectAddr14 =(uint32)UART0_Handler;

    VICVectCntl14 =(0x20 | 0x06);

    VICIntEnable = 1<<6;

    }

    此為初始化向量中斷控制器。包括定時器0和串口0,特別要注意的是,一定不可以省略對定

    時器0的初始化

    中斷里,不可以調(diào)用延時

    請注意,中斷里面是不支持等待機(jī)制的。請用自己編的一個軟件延時,問題就可以解決了。

    中斷源掛接正確是沒問題的。

    6.問

    void TargetInit(void)

    {

    OS_ENTER_CRITICAL();

    srand((uint32)TargetInit);

    VICInit();

    Timer0Init();

    OS_EXIT_CRITICAL();

    }

    在此單獨用srand()函數(shù)有什么作用(用了有什么好處,不用又會怎樣),一般srand()用于

    給rand()設(shè)定種子(即srand給定rand運算式子的第一個值)。查了FAQ(P22)僅僅說明了

    seed的譯文。

    答2

    你說的沒有錯,他就是用來設(shè)置隨機(jī)數(shù)的種子。

    每次編譯一次,void TargetInit(void)函數(shù)在Ram或者Flash中的地址都不一樣

    (即種子也不一樣)。如果你在程序中不用隨機(jī)函數(shù)rand(),那么srand()

    在這里對你來說是沒有意義的,如果你要用rand(),那么每次編譯程序后你的rand()

    產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)就不一樣。當(dāng)然,你也可以自己種種子咯。

    答3

    srand((uint32) TargetInit);是初始化uc/os-ii隨機(jī)數(shù)函數(shù)rand();也就是說給隨機(jī)數(shù)一個基值,以后調(diào)用相關(guān)隨機(jī)數(shù)函數(shù)時,隨機(jī)數(shù)就在此基值的基礎(chǔ)上改變。

    只要不調(diào)用rand()函數(shù),就可以去掉這句。

    7.

    在arm上移植操作系統(tǒng)有一點需要注意:建立任務(wù)的任務(wù),最好不要做復(fù)雜的工作。

    頻繁的訪問其他硬件或者做時序要求比較嚴(yán)的工作容易造成系統(tǒng)死機(jī),希望大家多

    多注意。我的做法是:將建立任務(wù)的任務(wù),閑置起來,但是不能進(jìn)入死循環(huán)。方法

    是:利用一個空郵箱,讓任務(wù)無限期的等待,這樣可以實現(xiàn)與其他任務(wù)的切換。

    8.//定義與編譯器無關(guān)的數(shù)據(jù)類型

    typedef unsigned char BOOLEAN;//布爾變量

    typedef unsigned char INT8U;//無符號8位整型變量

    typedef signed char INT8S;//有符號8位整型變量

    typedef unsigned short INT16U;//無符號16位整型變量

    typedef signed short INT16S;//有符號16位整型變量

    typedef unsigned int INT32U;//無符號32位整型變量

    typedef signed int INT32S;//有符號32位整型變量

    typedef float FP32;//單精度浮點數(shù)(32位長度)

    typedef double FP64;//雙精度浮點數(shù)(64位長度)

    typedef INT32U OS_STK;//堆棧是32位寬度

    注:這里為什么用typedef,因為如果用#define,那么代碼中的每一個相應(yīng)的類型都會被替代,

    很有可能會出現(xiàn)問題,畢竟他只是一個替代的關(guān)系,且編譯時間會增加,而用typedef則不會,

    它就相當(dāng)于我們C++里面的引用,一樣的思維,在這里面就是說多了一個名稱。還有要注意的是

    我們怎么知道unsigned char 就是無符號8位整型變量,可以arm公司里面下載ADS_CompilerGuide_D.PDF

    文件,或者在你所裝的ADS1.2目錄里面有一個文件夾叫PDF,打開它就可

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