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1、嵌入式实时操作系统C/OS原理与实践,教材 ：嵌入式实时操作系统C/OS原理与实践 电子工业出版社 作者:卢有亮 电子科技大学能源科学与工程学院,第7章 移植,7.1 移植说明 7.2 在VC6上实现基于Windows的虚拟C/OS-II移植 7.3 在基于NIOS软核的FPGA嵌入式系统下的C/OS-II移植 习题,7.1 移植说明,C/OS-II作为嵌入式实时操作系统，最终要应用在嵌入式系统上，如单片机、ARM、FPGA、DSP等。本章中首先给出的就是说明如何移植到虚拟WINDOWS平台。接下来就是在一个实际的嵌入式系统，基于软核的FPGA系统下的移植。在掌握了这两个平台的移植后，移植到
2、其他的平台都是不难实现。,7.1.1 C/OS-II的代码结构,移植必看的重要代码： 1.操作系统配置文件os_config.h 2.操作系统头文件ucos_ii.h 3.操作系统内核C文件 4.与CPU相关代码部分,7.1.2操作系统中与CPU相关的代码解析,7.1.2.1 头文件os_cpu.h 表7.2os_cpu.h定义的数据类型 表7.3 os_cpu.h除类型定义外的其他代码示例 进入临界区有三种方法 ： 方法1：定义一个全局变量FlagEn，进入临界区时中断服务程序判定该值为0，就不进行中断服务。离开临界区时将FlagEn置1。这种方法只在虚拟平台上使用时使用。其缺点是不能进行中
3、断嵌套。 方法2：OS_ENTER_CRITICAL()时将CPU状态寄存器（如PSW）入栈，关中断，定时器中断被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()时退栈即可恢复CPU状态寄存器的值，这样中断也恢复到了原来的状态。 方法3：OS_ENTER_CRITICAL()时将CPU状态寄存器（如PSW）的值保存到局部变量，关中断，定时器中断被禁止。OS_EXIT_CRITICAL()时从局部变量恢复CPU状态寄存器的值，这样中断也恢复到了原来的状态。这需要编译器支持处理状态寄存器的值的函数。,7.1.2.2 包含汇编的C文件os_cpu.c,1.OSTaskStkInit 是由OSTaskCre
4、ate或OSTaskCreateExt在创建任务的时候，在对控制块进行初始化之前，对任务堆栈进行初始化时调用。它实现的功能是将任务参数地址、任务函数入口地址、各CPU寄存器地址压入任务堆栈。需要注意的是，虽然这时候任务还没有运行过，不需要保存当前CPU寄存器的真实值到任务堆栈，但初始化的结果是将堆栈看起来好像刚刚发生了中断一样。请参考本书中2.4.1和2.4.2。,2.OSStartHighRdy在多任务启动函数OSStart中被调用。这时候没有任务在运行，OSStartHighRdy开始启动多任务。在OSStartHighRdy运行前，OSStart已将任务控制块指针OSTCBCur指向优先
5、级最高的就绪任务的TCB，OSStartHighRdy首先将OSRunning的值设置为真，然后使用汇编语句将堆栈寄存器的值设置为该任务堆栈的地址，然后将各堆栈中内容退栈给各寄存器，接着是任务地址和任务参数，并转到任务地址去执行。,3.OSCtxSw是非中断处理情况下的任务切换函数。它在任务被阻塞、删除、创建等多种情况下被调用。直接调用它的函数就是OS_Sched。,4. OSIntCtxSw是中断处理情况下的任务切换函数。例如系统的每10毫秒进行时钟中断，那么都要使用它进行任务切换。因为在中断产生后，所以PSW、CS、IP（80x86）已经被压入了堆栈(在其他硬件环境下应是不同的寄存器)，而
6、ISR服务程序首先需将其他的寄存器也压入堆栈，所以不需要再去保存环境，所以中断中任务切换和非中断的情况下是不同的。,5.用户时钟中断服务程序OSTickISRuser。用户时钟中断服务程序也就是时钟节拍服务程序，是系统的心脏跳动。,7.1.3 C/OS-II移植步骤,1.选择合适的开发软件，为C/OS-II操作系统建立一目录，将操作系统内核代码拷贝到一个目录，最好是该目录下一个子目录。 2.在该目录下创建工程。加入C/OS-II内核文件到这个工程。 3.建立主程序，如main.c。在主文件中编写TaskStart代码，该代码能设置定时器中断。在主文件中声明用户堆栈数组，创建用户堆栈。主程序中的
7、入口函数应先执行操作系统初始化函数os_init,然后使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt创建TaskStart。之后如果有用户任务应使用OsTaskCreate或OsTaskCreateExt创建所有用户任务。然后调用OSStart()启动多任务。注意TaskStart的优先级必须是最高的。 4.根据7.1.2中对os_cpu.h的说明，根据用户硬件环境修改os_cpu.h。 5.根据7.1.2中对os_cpu.c的说明，根据用户硬件环境修改os_cpu.c。 6.编译，下载到硬件运行，查看结果和进行修改，直到成功。,7.2 在VC6上实现基于Windows的虚拟C/
8、OS-II移植,代码修改,表7.6 移植代码os_cpu.h解析 os_cpu.c中修改的代码 1.堆栈初始化OSTaskStkInit代码实现 表7.7 堆栈初始化函数OSTaskStkInit在虚拟平台下的移植 2.启动高优先级任务OSStartHighRdy代码实现 表7.8 启动高优先级任务函数OSStartHighRdy在虚拟平台下的移植 3.任务切换OSCtxSw代码实现 表7.9 OS_TASK_SW在虚拟平台下的移植 4.中断中的任务切换OSIntCtxSw代码实现 表7.10 OSIntCtxSw 在虚拟平台下的移植 5.时钟中断服务OSTickISRuser代码实现 表7.
9、11 OSTickISRuser 在虚拟平台下的移植 6.主程序代码实现 表7.12虚拟平台下的移植中主程序的实现,表7.12虚拟平台下的移植中主程序的实现,7.3 在基于NIOS软核的FPGA嵌入式系统下的C/OS-II移植,大规模可编程逻辑器件FPGA开发技术已经成为我们这个时代先进的和普遍应用的技术。在QUARTUS下可以编写硬件描述语言Verilog或其他语言实现对FPGA的编程，这是所谓的纯硬件设计。除此之外，在FPGA的内部可以采用SOPC技术编制CPU，即NIOS-II处理器，并在NOIS IDE应用程序环境下编写C和汇编软件，实现类似于带有处理器和存储器的系统的编程，这就是软核
10、技术。在软核下，一些需要提供快速处理的子功能同样可以用硬件实现，而软核的优点在于便于实现比较复杂的功能。而软核下最显著的优势就在于移植嵌入式操作系统。,7.3.1系统结构,系统结构包含系统整体硬件的结构和系统CPU的结构。实际上硬件包含了FPGA及其他的接口和功能器件，集中在电路板上，这一部分将给出原理框图；另外，使用SOPC技术在FPGA内部设计NIOS-II处理器。,7.3.1系统结构,NIOS-II CPU的设计,7.3.1系统结构,Quartus II 8.1下的整体结构设计,7.3.2 NIOS II寄存器,7.3.2 NIOS II寄存器,7.3.3 os_cpu.h的移植代码,表
11、7.15INCLUDES.H的移植代码,7.3.4 os_cpu.c的移植代码,表7.16 os_cpu.c的移植代码,7.3.5 os_cpu.s的移植代码,表7.16 os_cpu.s的移植代码,7.3.6 工程的创建和移植测试,在NIOS下，最方便的方法是直接创建一个C/OS-II的工程。如下图，选择我们编译好的硬件系统文件niostestreal.ptf，并在Name域给工程命名，然后按“Finish”即可。,这时候，NIOS已为C/OS-II系统构建了环境，这体现了NIOS与C/OS-II的良好接口，我们将C/OS-II 2.91版的操作系统C文件复制到 “D:altera81nio
12、s2edscomponentsmicrium_uc_osiiUCOSIIsrc”目录，将头文件复制到“D:altera81nios2edscomponentsmicrium_uc_osiiUCOSIIinc”目录。然后编写主文件 表7.18包含测试任务的主程序代码 运行结果如图,习题 1.操作系统移植部分需要改动的代码有哪些，为什么。 2.论述操作系统移植的步骤。 3. 论述将操作系统移植到软核FPGA系统的过程。 4. 在FPGA上构建软核，移植操作系统，实现本书中信号量管理和邮箱管理的例程。 5. FPGA上构建软核，移植操作系统，实现频率为10赫兹的LED流水灯。（从左到右再从右到左）,