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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(guó)IT實(shí)驗(yàn)室嵌入式開(kāi)發(fā)頻道提供最全面的嵌入式開(kāi)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.

關(guān)鍵詞： 嵌入式操作系統(tǒng) LPC21xx 移植 uCOS-II

Abstract：

Key words :

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

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

所以，一個(gè)折中的辦法就是：

在優(yōu)先級(jí)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(kāi)始多任務(wù)后，首先執(zhí)行的就是Timer初始化程序?；蛘?/p>

專(zhuān)門(mén)開(kāi)一個(gè)優(yōu)先級(jí)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(guò)調(diào)用OSTaskSuspend（）將自己掛起來(lái)，永遠(yuǎn)不再執(zhí)行。不過(guò)這樣會(huì)

浪費(fèi)一個(gè)TCB空間。對(duì)于那些RAM吃緊的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還是不用為好。

2.（三）一些重要的uC/OS-II API介紹

任何一個(gè)操作系統(tǒng)都會(huì)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(kāi)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(lèi)：

１）任務(wù)類(lèi)

２）消息類(lèi)

３）同步類(lèi)

４）時(shí)間類(lèi)

５）臨界區(qū)與事件類(lèi)

我個(gè)人認(rèn)為對(duì)于初級(jí)程序員而言，任務(wù)類(lèi)和時(shí)間類(lèi)是必須要首先掌握的兩種類(lèi)型的API.

下面我就來(lái)介紹比較重要的：

１）OSTaskCreate函數(shù)

這個(gè)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(gè)任務(wù)。目前有四個(gè)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(jí)。調(diào)用本函數(shù)后，系統(tǒng)會(huì)首先從TCB空閑列表內(nèi)申請(qǐng)一個(gè)空的TCB指針，然后

將會(huì)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(gè)任務(wù)就創(chuàng)建成功了。

２）OSTaskSuspend函數(shù)

這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)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(huì)引發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)切換先導(dǎo)函數(shù)OSShed來(lái)進(jìn)行一次任務(wù)切換。

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

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

說(shuō)，優(yōu)先級(jí)也就是任務(wù)的ID.所以u(píng)C/OS-II不允許出現(xiàn)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

３）OSTaskResume函數(shù)

這個(gè)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(jí)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(lèi)似 OSTaskSuspend

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

用。

４）OS_ENTER_CRITICAL宏

很多人都以為它是個(gè)函數(shù)，其實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，它就是關(guān)個(gè)中斷而已。這樣，只要任務(wù)不主動(dòng)放棄CPU使用權(quán)，

別的任務(wù)就沒(méi)有占用CPU的機(jī)會(huì)了，相對(duì)這個(gè)任務(wù)而言，它就是獨(dú)占了。所以說(shuō)進(jìn)入臨界區(qū)了。

這個(gè)宏能少用還是少用，因?yàn)樗鼤?huì)破壞系統(tǒng)的一些服務(wù)，尤其是時(shí)間服務(wù)。并使系統(tǒng)對(duì)外界響

應(yīng)性能降低。

５）OS_EXIT_CRITICAL宏

這個(gè)是和上面介紹的宏配套使用另一個(gè)宏，它在系統(tǒng)手冊(cè)里的說(shuō)明是退出臨界區(qū)。其實(shí)它就

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

最壞的情況下，系統(tǒng)會(huì)崩潰。我們推薦程序員們盡量少使用這兩個(gè)宏調(diào)用，因?yàn)樗麄兊拇_會(huì)

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(gè)函數(shù)了，這個(gè)函數(shù)完成功能很簡(jiǎn)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(shí)間到來(lái)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(yùn)行，

如果恢復(fù)后是優(yōu)先級(jí)最高就緒任務(wù)的話，那么運(yùn)行之。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是可以任務(wù)延時(shí)一定時(shí)間

后再次執(zhí)行它，或者說(shuō)，暫時(shí)放棄CPU的使用權(quán)。一個(gè)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(huì)大大降低，因?yàn)榇藭r(shí)僅僅依靠時(shí)鐘機(jī)制在進(jìn)行任務(wù)切換。一個(gè)好的任務(wù)應(yīng)該在完成一些操作主動(dòng)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(gè)宏調(diào)用，

因?yàn)樗麄兊拇_會(huì)破壞系統(tǒng)的多任務(wù)性能。why？？

4.在以u(píng)C/OS為操作系統(tǒng)的項(xiàng)目中，系統(tǒng)可能要處理各種不同的中斷請(qǐng)求，如果某個(gè)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(xiě)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(shí)際上是將這個(gè)中斷處理加入了任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，也就是

說(shuō)這個(gè)中斷可以引起任務(wù)的切換。

如果在中斷處理中沒(méi)有調(diào)用各種Post函數(shù)的話，則可以用一般的、象原來(lái)沒(méi)有操作系統(tǒng)時(shí)的

寫(xiě)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(huì)引起任務(wù)切換。

在uC/OS系統(tǒng)中，每個(gè)任務(wù)都要定義獨(dú)立的棧空間，一個(gè)棧空間的使用包括5個(gè)部分：

1、任務(wù)包括的各個(gè)函數(shù)的調(diào)用返回地址

2、任務(wù)包括的各個(gè)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(shí)，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(shí)，中斷處理程序所需要的棧空間

5、中斷嵌套時(shí)，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(xiǎn)的確定

方法是：查看由C生成的asm文件，并計(jì)算各個(gè)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(gè)充分大的棧

空間，使之不會(huì)溢出。

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

有時(shí)不得不增擴(kuò)內(nèi)存，這就會(huì)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)?？臻g使用的第5部分合并，這樣將會(huì)大大的

降低整個(gè)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的需求。

uC/OS的任務(wù)調(diào)度是靠OS_Sched和 OSIntExit來(lái)完成的，這兩個(gè)函數(shù)中都要先判斷一個(gè)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(shuō)：

在OSIntNesting為1（當(dāng)前只有一個(gè)中斷在處理中，并且沒(méi)有嵌套的中斷）時(shí)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(shí)止，任務(wù)棧是不會(huì)切換的（棧指針都在一個(gè)任務(wù)的?？臻g中變

化）。

據(jù)此，我們可以這樣改動(dòng)：設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)OSInterruptStk，作為嵌套中斷的?？臻g

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(zhǎng)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(xiě)法是：

1、調(diào)整棧指針來(lái)去掉在調(diào)用：OSIntExit，OSIntCtxSw過(guò)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?jiǎng)t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(xiě)法只需將原寫(xiě)法中的1，2去掉即可，因?yàn)?，2步只是保存舊任務(wù)的棧指針，而新的寫(xiě)

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

后自動(dòng)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(gè)問(wèn)題當(dāng)初困擾了很久：當(dāng)用戶程序中不調(diào)用TargetInit（）時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)核能運(yùn)行，但是等待機(jī)制

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

總結(jié)如下：

請(qǐng)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(shí)器0的初始化，事實(shí)上，ZLG的移植代碼的μC/OS-Ⅱ的時(shí)鐘節(jié)拍是

通過(guò)定時(shí)器0提供的，不在主程序里調(diào)用這個(gè)函數(shù)，μC/OS-Ⅱ的時(shí)鐘源就無(wú)法打開(kāi)；但是，沒(méi)有開(kāi)啟

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

就運(yùn)行，但因沒(méi)調(diào)用TargetInit（）而使內(nèi)核功能不健全。

請(qǐng)注意，TargetInit（）中的另一個(gè)函數(shù)VICInit （）是用來(lái)中斷的初始化，它其中含有對(duì)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(wú)法開(kāi)啟；

再者，在不調(diào)用TargetInit（）的時(shí)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(yùn)行異常，調(diào)用了卻開(kāi)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(yè)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(huì)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(shí)器0和串口0，特別要注意的是，一定不可以省略對(duì)定

時(shí)器0的初始化

中斷里，不可以調(diào)用延時(shí)

請(qǐng)注意，中斷里面是不支持等待機(jī)制的。請(qǐng)用自己編的一個(gè)軟件延時(shí)，問(wèn)題就可以解決了。

中斷源掛接正確是沒(méi)問(wèn)題的。

6.問(wèn)

void TargetInit（void）

{

OS_ENTER_CRITICAL（）；

srand（（uint32）TargetInit）；

VICInit（）；

Timer0Init（）；

OS_EXIT_CRITICAL（）；

}

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

給rand（）設(shè)定種子（即srand給定rand運(yùn)算式子的第一個(gè)值）。查了FAQ（P22）僅僅說(shuō)明了

seed的譯文。

答2

你說(shuō)的沒(méi)有錯(cuò)，他就是用來(lái)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(duì)你來(lái)說(shuō)是沒(méi)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(shuō)給隨機(jī)數(shù)一個(gè)基值，以后調(diào)用相關(guān)隨機(jī)數(shù)函數(shù)時(shí)，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。

在arm上移植操作系統(tǒng)有一點(diǎn)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(wèn)其他硬件或者做時(shí)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(lái)，但是不能進(jìn)入死循環(huán)。方法

是：利用一個(gè)空郵箱，讓任務(wù)無(wú)限期的等待，這樣可以實(shí)現(xiàn)與其他任務(wù)的切換。

8.//定義與編譯器無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型

typedef unsigned char BOOLEAN；//布爾變量

typedef unsigned char INT8U；//無(wú)符號(hào)8位整型變量

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

typedef unsigned short INT16U；//無(wú)符號(hào)16位整型變量

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

typedef unsigned int INT32U；//無(wú)符號(hào)32位整型變量