標(biāo)題: uCOS-II移植到LPC17XX方法 [打印本頁]
作者: liu100m    時間: 2018-10-16 00:30
標(biāo)題: uCOS-II移植到LPC17XX方法
1. 知識準(zhǔn)備
要想對ucos-ii的移植有較深的理解，需要兩方面知識：
（1）目標(biāo)芯片，這里是lpc17xx系列芯片，它們都是基于ARMv7 Cortex-M3內(nèi)核，所以這一類芯片的ucos-ii移植幾乎都是一樣的，要想了解Cortex-M3內(nèi)核，推薦《ARM Cortex-M3權(quán)威指南》（宋巖譯）；
（2）ucos-ii內(nèi)核原理，推薦《嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)uC/OS-II（第2版）》（邵貝貝譯）。
2. 下載文件
ucos-ii移植過程主要涉及三個文件：os_cpu.h, os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c
實(shí)際上，一般情況下，我們想要移植的目標(biāo)芯片前輩們都已經(jīng)移植成功過了，我們需要做的就是下載就可以了。
需要下載兩類文件：
（1）lpc17xx芯片啟動/初始化代碼：LPC17xx.h, system_LPC17xx.h, core_cm3.h, core_cm3.c, startup_LPC17xx.s和system_LPC17xx.c，這幾個文件都可以從lpc官方網(wǎng)站lpc17xx系列芯片的任何一個項(xiàng)目中找到；
（2）ucos-ii移植代碼：可以在Micrium官方網(wǎng)站中找到uCOS-II在LPC17xx上的移植代碼（IAR平臺）。
3. 創(chuàng)建工程
（1）創(chuàng)建文件夾UCOS_II_V289，在該目錄下創(chuàng)建子目錄APP, lpc17xx, Output, uC-CPU, UCOS-II，在Output下創(chuàng)建obj和list子目錄，然后將第2步下載的文件添加進(jìn)相應(yīng)的文件夾中，文件拓?fù)鋱D如下：
UCOS_II_V289
├─APP
│      hello.c
│
├─lpc17xx
│      core_cm3.c
│      core_cm3.h
│      LPC17xx.h
│      startup_LPC17xx.s
│      system_LPC17xx.c
│      system_LPC17xx.h
│      type.h
│
├─Output
│  ├─list
│  └─obj
├─uC-CPU
│      os_cpu.h
│      os_cpu_a.asm
│      os_cpu_c.c
│      os_dbg.c
│
└─uCOS-II
        app_cfg.h
        os_cfg.h
        os_core.c
        os_flag.c
        os_mbox.c
        os_mem.c
        os_mutex.c
        os_q.c
        os_sem.c
        os_task.c
        os_time.c
        os_tmr.c
        ucos_ii.h
其中，hello.c中的文件代碼如下：
#include <LPC17xx.h>
#include <ucos_ii.h>
#define TASK_STK_SIZE 512
OS_STK TaskStartStk[TASK_STK_SIZE];
void TaskStart(void *data);
int main(void)
{
    OSInit();
    OSTaskCreate(TaskStart, (void *)0, &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE - 1], 0);
    OSStart();
    return 0;
}
void  TaskStart(void *data)
{
    data=data;
    OS_CPU_SysTickInit(SystemFrequency/100);
    for(;;)
    {
        OSCtxSwCtr = 0;
        OSTimeDlyHMSM(0,0,0,10);
    }
}
（2）Keil uVision4創(chuàng)建新工程，選擇UCOS_II_V289作為工程目錄，選擇芯片型號，需要注意的是當(dāng)提示“Copy NXP LPC17xx Startup Code to Project Folder and Add File to Project?”時，選擇“否”，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有這個文件了。創(chuàng)建組，添加相應(yīng)文件到組，如下所示：
右擊“UCOS_II_V289”，更改工程設(shè)置：
如果勾選“Run to main()”，那么在仿真的時候，就會跳過啟動代碼，直接到main函數(shù)。
4. 編譯
編譯，會報(bào)很多錯誤，下面一個一個改：
（1）將os_cpu_a.asm中的“public”改為“EXPORT”；
（2）將os_cpu_a.asm中的
        RSEG CODE:CODE:NOROOT(2)
        THUMB
改為
        AREA OSKernelschedular,code,READONLY
        THUMB
（3）將os_cfg.h中“OS_APP_HOOKS_EN”、“OS_DEBUG_EN”和“OS_TASK_STAT_EN”設(shè)置為0；
（4）將startup_LPC17xx.s中的所有的“PendSVHandler”改為“OS_CPU_PendSVHandler”，所有的“SysTickHandler”改為“OS_CPU_SysTickHandler”。
編譯通過。
5. 軟件仿真調(diào)試
在步驟4中已經(jīng)設(shè)置為軟件仿真調(diào)試，編譯成功后，即可添加斷點(diǎn)進(jìn)行軟件仿真調(diào)試，查看代碼運(yùn)行是否符合預(yù)期。至此，移植結(jié)束。
6. 相關(guān)說明
（1）啟動文件與啟動流程
i）啟動文件
啟動文件為以下幾個文件core_cm3.c, core_cm3.h, LPC17xx.h, startup_LPC17xx.s, system_LPC17xx.c 和 system_LPC17xx.h，下面分別說明它們的功能。
startup_LPC17xx.s：該文件是Cortex-M3的啟動匯編代碼，閱讀源代碼不難發(fā)現(xiàn)，它的作用是：堆和棧的初始化以及向量表的定義。Cortex-M3的向量表其實(shí)就是一個32位整數(shù)數(shù)組，每個下標(biāo)對應(yīng)一個向量，該下標(biāo)元素的值則是該中斷服務(wù)子程序的入口地址。向量表在地址空間中的位置是可以設(shè)置的，通過NVIC（向量中斷控制器）中的一個重定位七寸器來指出向量表的地址。復(fù)位后，該寄存器的值為0，因此，在地址0處必須包含一張向量表，用于初始時的中斷分配。
中斷類型
表項(xiàng)地址偏移量
中斷向量
0
0x00
MSP的初始值
1
0x04
復(fù)位
2
0x08
NMI
…
…
…
其中，向量表中的第一個元素并非中斷向量，而是MSP（主堆棧寄存器）的初始值。
LPC17xx.h：該文件是CM3（Cortex-M3，下同）內(nèi)核芯片的頭文件，它定義了芯片寄存器的結(jié)構(gòu)體。
core_cm3.h和core_cm3.c：這兩個文件分別是CM3內(nèi)核芯片的外圍驅(qū)動頭文件和源代碼。
system_LPC17xx.h和system_LPC17xx.c：這兩個文件為我們提供了一個系統(tǒng)初始化函數(shù)SystemInit()，CM3的初始化包括時鐘配置、電源管理、功耗管理等。其中時鐘配置比較復(fù)雜，因?yàn)樗▋蓚�PLL倍頻電路，一個是主PLL0，主要為系統(tǒng)和USB提供時鐘，另一個是PLL1，專門為USB提供48M時鐘。默認(rèn)情況下，系統(tǒng)使用12M外部晶振，通過PLL0倍頻到一個較高的頻率，之后可以通過分頻為CPU、外設(shè)以及可選的USB子系統(tǒng)提供精確的時鐘。
ii）啟動流程
由Cortex-M3的啟動步驟可知，系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行復(fù)位的5個步驟：
    ①NVIC復(fù)位，控制內(nèi)核；
    ②NVIC從復(fù)位中釋放內(nèi)核；
    ③內(nèi)核配置堆棧；
    ④從地址0x00000000處取出MSP的初始值，從地址0x00000004處取出PC的初始值——這個值是復(fù)位向量；
    ⑤運(yùn)行復(fù)位中斷服務(wù)子程序；
其中，復(fù)位中斷服務(wù)子程序的代碼如下：
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  SystemInit
                IMPORT  __main
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP
可知，通過復(fù)位中斷服務(wù)子程序，首先引導(dǎo)程序進(jìn)入SystemInit()函數(shù)，然后進(jìn)入__main（此__main是C_Library中的函數(shù)，非main()）。
（2）SysTick定時器、SysTickInit與SysTickHandler
i)SysTick定時器
Cortex-M3內(nèi)核內(nèi)部包含了一個簡單的定時器——SysTick定時器。SysTick定時器被捆綁在NVIC中，用于產(chǎn)生SysTick中斷。一般情況下，操作系統(tǒng)以及所有使用了時基的系統(tǒng)，都必須由硬件定時器來產(chǎn)生需要的“滴答”中斷，作為整個系統(tǒng)的時基。SysTick定時器就是用來產(chǎn)生周期性的中斷，以維持操作系統(tǒng)“心跳”節(jié)律的。SysTick定時器的時鐘源可以是內(nèi)部時鐘（FCLK，CM3上的自由運(yùn)行時鐘），或者是外部時鐘（CM3上的STCLK信號）。
SysTick定時器能產(chǎn)生中斷，CM3為它專門開出一個中斷類型，并且在向量表中有它的一席之地——SysTickHandler，它使得操作系統(tǒng)和其它軟件系統(tǒng)在CM3內(nèi)核的移植變得更加簡單，因?yàn)樵谒械腃M3微處理器上，SysTick的處理方式都是相同的。
有4個寄存器控制SysTick定時器，下面只介紹其中經(jīng)常用到的三個：
①SysTick控制及狀態(tài)寄存器（地址：0xE000E010）
位段
名稱
類型
復(fù)位值
描述
16
COUNTFLAG
R
0
如果在上次讀取本寄存器后，SysTick已經(jīng)計(jì)到了0，則該位為1；如果讀取該位，該位自動清0
2
CLKSOURCE
R/W
0
0=外部時鐘源（STCLK）
1=內(nèi)核時鐘源（FCLK）
1
TICKINT
R/W
0
1=SysTick倒數(shù)計(jì)數(shù)到0時產(chǎn)生SysTick異常請求
0=倒數(shù)到0時無動作
0
ENABLE
R/W
0
SysTick定時器的使能位
②SysTick重裝載數(shù)值寄存器（地址：0xE000E014）
位段
名稱
類型
復(fù)位值
描述
23:0
RELOAD
R/W
0
當(dāng)?shù)箶?shù)計(jì)數(shù)到0時，將被重裝載的值
③SysTick當(dāng)前數(shù)值寄存器（地址：0xE000E018）
位段
名稱
類型
復(fù)位值
描述
23:0
CURRENT
R/Wc
0
讀取時返回當(dāng)前倒數(shù)計(jì)數(shù)的值，寫它則使之清零，同時還會清除在SysTick控制及狀態(tài)寄存器中的COUNTFLAG標(biāo)志
ii） SysTickInit()函數(shù)
該函數(shù)用于初始化SysTick定時器，在本移植實(shí)例中，它位于os_cpu_c.c文件中，其函數(shù)名被更改為“OS_CPU_SysTickInit”，源代碼如下：
void  OS_CPU_SysTickInit (INT32U  cnts)
{
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD = cnts - 1u;
   /* 設(shè)置SysTickHandler中斷優(yōu)先級為最低優(yōu)先級           */
    OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_ST   = OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_MIN;
     /* 使能定時器                                      */
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL  |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC | OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE;
      /* 使能SysTickHandler中斷                            */
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL  |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN;
}
第一行用于裝載SysTick重裝載數(shù)值寄存器，其他幾行都有注釋，在此不再解釋。
iii)SysTickHandler
當(dāng)SysTick定時器倒數(shù)計(jì)數(shù)到0時，將產(chǎn)生SysTick中斷，該中斷位于向量表15號位置（中斷向量號：15，下同）。在本移植實(shí)例中，該中斷服務(wù)子程序的名稱被更改為“OS_CPU_SysTickHandler”，其位于os_cpu_c.c文件中，源碼如下：
void  OS_CPU_SysTickHandler (void)
{
    OS_CPU_SR  cpu_sr;
    OS_ENTER_CRITICAL(); /* Tell uC/OS-II that we are starting an ISR  */
    OSIntNesting++;
    OS_EXIT_CRITICAL();

    OSTimeTick();  /* Call uC/OS-II's OSTimeTick()    */

    OSIntExit();        /* Tell uC/OS-II that we are leaving the ISR          */
}
(3) OSCtxSw與PendSVHandler
i）PendSV中斷
Cortex-M3內(nèi)核內(nèi)置了一個重要的中斷——PendSV中斷（可掛起的系統(tǒng)調(diào)用）。與SVC中斷（系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，簡稱系統(tǒng)調(diào)用）不同的是，PendSV可以像普通的中斷一樣被掛起，OS可以利用它“緩期執(zhí)行”一個中斷——直到其他重要的任務(wù)完成后才執(zhí)行動作。掛起PendSV的方法是：手動往NVIC的PendSV掛起寄存器中寫1，掛起后，如果該中斷優(yōu)先級不夠高，則將緩期等待執(zhí)行。
PendSV的典型功能是上下文（任務(wù)）切換。若在即將做上下文（任務(wù)）切換時發(fā)現(xiàn)CPU正在響應(yīng)一個中斷，這時，OS是不能執(zhí)行上下文（任務(wù)）切換的，否則將使中斷請求被延遲，而這在實(shí)時系統(tǒng)中是絕不能容忍的。PendSV可以完美地解決這個問題，PendSV中斷會自動延遲上下文（任務(wù)）切換的請求，直到其他的中斷請求都完成后才響應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)這個機(jī)制，需要把PendSV的優(yōu)先級設(shè)置為最低，當(dāng)OS需要做上下文（任務(wù)）切換時掛起一個PendSV中斷即可。
PendSV中斷位于向量表14號位置，在本移植實(shí)例中，該中斷服務(wù)子程序的名稱被更改為“OS_CPU_PendSVHandler”，其位于os_cpu_a.asm文件中，源碼如下：
OS_CPU_PendSVHandler
    CPSID   I ; Prevent interruption during context switch
    MRS     R0, PSP ; PSP is process stack pointer
    CBZ     R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave ; Skip register save the first time

    SUBS    R0, R0, #0x20    ; Save remaining regs r4-11 on process stack
    STM     R0, {R4-R11}

    LDR     R1, =OSTCBCur                                       ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
    LDR     R1, [R1]
    STR     R0, [R1]    ; R0 is SP of process being switched out

                      ; At this point, entire context of process has been saved
OS_CPU_PendSVHandler_nosave
PUSH    {R14} ;
Save LR exc_return value
LDR     R0, =OSTaskSwHook；      
OSTaskSwHook();
    BLX     R0
    POP     {R14}
LDR     R0, =OSPrioCur;
OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
    LDR     R1, =OSPrioHighRdy
    LDRB    R2, [R1]
    STRB    R2, [R0]

LDR R0, =OSTCBCur  ;
OSTCBCur  = OSTCBHighRdy;
    LDR     R1, =OSTCBHighRdy
    LDR     R2, [R1]
    STR     R2, [R0]
SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;

LDR     R0, [R2] ; R0 is new process SP;
LDM     R0, {R4-R11}  ; Restore r4-11 from new process stack
    ADDS    R0, R0, #0x20
MSR     PSP, R0 ; Load PSP with new process SP
ORR     LR, LR, #0x04 ; Ensure exception return uses process stack
    CPSIE   I
    BX      LR   ; Exception return will restore remaining context

    END
ii）OSCtxSw
ucos-ii中，OSCtxSw的功能是上下文（任務(wù)）切換。而由上面的介紹可知，真正的切換工作是在PendSV中斷中完成的，那么可想而知，OSCtxSw只需觸發(fā)一個PendSV中斷即可完成上下文（任務(wù)）切換的工作。OSCtxSw位于os_cpu_a.asm文件中，源碼如下：
OSCtxSw
    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL   ; Trigger the PendSV exception (causes context switch)
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]
    BX      LR

7. 工程源碼
工程源碼鏈接： UCOS_II_V289.rar (606.79 KB, 下載次數(shù): 24)
uCOS-II 移植到LPC17XX方法.zip (175.71 KB, 下載次數(shù): 20)
作者: 放開那個雞腿    時間: 2018-12-29 17:46
看看在說話吧啊
作者: pm1981    時間: 2019-2-27 10:53
先看看再說
作者: 147258369q    時間: 2019-6-27 13:47
繼續(xù)努力學(xué)習(xí)
作者: hua123456    時間: 2019-9-26 14:06
謝謝分享



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