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作者: 发布时间:2014-07-02 来源:中电网关键字:"实时操作系统,移植,编译器" 繁体版
摘要:介绍了实时操作系统μC/OS-II的特点和内核结构,并首次实现了μC/OS-II在摩托罗拉处理器MPC555上的移植,介绍了移植后OS的应用方法。 关键词:μC/OS-II MPC555 嵌入式操作系统 移植 μC/OS-II是一种占先式

摘要:介绍了实时操作系统μC/OS-II的特点和内核结构,并首次实现了μC/OS-II在摩托罗拉处理器MPC555上的移植,介绍了移植后OS的应用方法。 关键词:μC/OS-II MPC555 嵌入式操作系统 移植 μC/OS-II是一种占先式、多任务、移植性非常强的免费微控制器嵌入式实时操作系统,从1992年出现以来,已在照相机、发动机控制和工业机器人等多种领域中得到应用。它一方面相对GNU下Linux衍生出来的EOS更小巧且移植方便,实时性更好,更适合工业控制领域应用;另一方面由于是免费的,比使用VxWorks等商业实时EOS大大节省成本,非常适用于开发实用简约的嵌入式控制程序。 摩托罗拉的MPC555是建立在PowerPC体系结构上,采用RISC技术的一款高档、适用于精密控制的微控制器。其芯片内嵌增加了浮点单元的32位RCPU核心、26KB静态RAM、448KB片内Flash、一个QSMCM(串行通讯模块)、两个TouCAN模块、两个TPU、一个MIOS(模块化I/O系统)、两个QADC模块,工作频率达40MHz。另外芯片体积小,仅为2.5cm%26;#215;2.5cm%26;#215;0.5cm。所有这些特性使其特别适用于汽车等现场控制领域的嵌入式微控制系统。 将μC/OS-II移植于MPC555上既有益于MPC和μC/OS-II在车用控制器上的应用,其成果也可以用于其他嵌入式工业控制领域。本次移植中,使用CodeWarrior for PPC 6.5编译调试环境。xKK自动化在线网

1 移植原理 μC/OS-II包括中断管理、任务管理、时间管理、任务之间通信管理和内存管理五方面功能。其结构共分三层,如图1。I层为与处理器相关的代码,在 μC/OS-II的Intel 80x86版本上为OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM三个文件。该层完成系统时钟的设置、出入中断的管理和任务切换功能,为第II层提供接口。II层包括时间管理、任务调度管理、任务间的通信管理和内存管理四部分,是OS的主体部分,全部由ANSI C代码写成,与处理器无关,它为用户应用程序提供接口。III层是用户应用程序部分,μC/OS-II有中断和任务两个处理级别,用户可以建立自己的任务,编写必要的中断子程,在任务之间或任务与中断子程之间建立信号量、邮箱或消息队列完成控制器软件的编写。根据以上结构特点,在移植过程中,只需将I层代码针对MPC555的编程结构做相应改动,使其完成系统时钟设置、中断管理和任务切换功能即可。 在前后台系统中,提供一个CPU堆栈。发生中断时,将当前使用到的寄存器压入堆栈,保存现场,执行中断程序;中断程序完成后,从CPU堆栈中弹出寄存器的值,恢复现场。 在多任务系统μC/OS-II中不是这样。OS创建时,为每个任务建立并初始化一个堆栈。当发生中断或任务切换时,把当前任务运行现场保存起来,即将所有寄存器保存到该“旧”任务的堆栈中。当某个任务需要从就绪状态激活到运行状态时,OS又需将所有寄存器从该“新”任务的堆栈中弹出。这样,每个任务分时占用CPU。而对各任务来说,每次进入运行态时,CPU状态都与上次从运行态退出时完全一样。所以不再是使用一个CPU堆栈,而是多个任务将各自的运行现场保存到自己的堆栈中。 图2 MPC555下uC/OS-II的中断处理流程图 另外,调用C函数时也会使用到堆栈,此时编译器会创建一个堆栈;在C函数返回时,将其释放。其大小因C函数使用到的变量和编译器的不同而不同。在移植时,能够正确创建、初始化、保存并恢复各个任务的堆栈,是确保OS任务切换和中断管理顺利完成的关键。 MPC555有32个32bit通用定点数寄存器,32个64bit浮点数寄存器,另有9个控制/状态寄存器。针对MPC555的编程结构,设计如表1的堆栈结构。每次任务环境入栈时创建一含73个位置的堆栈,为了保证浮点数寄存器的完整,每个位置为64bit宽。创建任务时,建立该堆栈结构,并用默认值对其进行初始化。在任务保存或激活时把寄存器的值保存到堆栈中相应位置,或者从堆栈的相应位置把寄存器值弹出。其中GPR1被MPC作为堆栈指针SP使用,在堆栈操作时,要注意控制好SP。 表1 堆栈结构表 SP Offset Register Saved NUM Default Value 584~336 328 320~80 72 64 56 48 40 32 24 16 8 0 FP31~FP0 FPSCR GPR31~GPR0 DAR CTX LR XER CR SRR1 SRR0 MSR SP(GPR1) 73~42 41 40~10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0.0 0x000020FC0000 0x0 0x00 0x00 task*0x100000000[1] 0x00 0x00 0x0000B00200000000 task*0x100000000[1] 0x0000B00200000000 0 注:堆栈所属任务代码入口地址 2 中断管理 首先,分析一下MPC555的中断结构。在MPC中有新的概念——异常(Exception)。它包含所有CPU非正常事件的出现,包括中断、总线错误、指令错误、系统调用异常、实时中断异常和复位等。MPC为异常提供了异常向量表。该表为每个异常提供一个256字节的异常处理代码空间。 所有外部中断和I/O子模块产生的中断共同作为异常的一种,占用异常向量表中的一个位置。在该异常处理程序中,软件需根据中断状态寄存器的值判断到底发生了哪个中断并进行相应处理。 在每次发生异常时,MPC自动将主状态寄存器MSR保存到SRR1中,将程序指针PC保存到SRR0中;然后PC指针指向该异常在异常向量表中的起始位置,进入异常处理程序。每次异常返回时,调用rfi指令,系统自动将SRR1中的值返回MSR中,将SRR0中的值返回PC中,即程序从SRR0指向的位置继续执行。在发生异常和异常返回之间,不自动允许新的异常和中断。所以,程序需要在保存SRR0和SRR1后允许异常,在适当的时候允许中断。


实时嵌入式操作系统μC/OS-II在MPC555上的移植- "实时操作系统,移植,编译器" -
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