μC／OS-III在Cortex-M3處理器上的移植

摘要：為了將μC／OS-III移植到Cortex-M3處理器上，選用RealView MDK作為軟件開發(fā)平臺，針對Cortex-M3處理器特性編寫了移植所需的C語言和匯編語言源代碼，并驗(yàn)證了移植的正確性。移植后的μC／OS-III能夠穩(wěn)定運(yùn)行于Cortex-M3處理器上。該移植對大部分Cortex-M3處理器具有通用性，對其他架構(gòu)處理器的μC／OS-III移植具有參考作用。
關(guān)鍵詞：μC／OS-III；嵌入式操作系統(tǒng)；ARM；Cortex-M3；移植

引言
μC／OS-III是一款基于優(yōu)先級調(diào)度的搶占式實(shí)時內(nèi)核，Micrium公司于2011年8月公開了μC／OS-III的源碼，其源碼遵循ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，因而具有良好的移植性，相信其將會被移植到越來越多的處理器體系上。本文主要完成基于Cortex-M3處理器的μC／OS-III移植，通過本次移植，加深對嵌入式操作系統(tǒng)原理的理解。此外，在μC／OS-III移植成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)，可以把主要精力集中到應(yīng)用程序上，而硬件資源交由μC／OS-III管理，從而使得嵌入式應(yīng)用程序更易開發(fā)和維護(hù)，在嵌入式軟硬件結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜的今天具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 μC／OS-III和Cortex-M3特點(diǎn)
相對以前的版本，μC／OS-III最大改進(jìn)之處在于允許多個任務(wù)運(yùn)行于同一優(yōu)先級上，相同優(yōu)先級的任務(wù)按時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，內(nèi)核對象的數(shù)量不受限制，以及接近于零的中斷禁用時鐘周期。
Cortex-M3是ARM公司推出的基于ARMv7-M架構(gòu)的內(nèi)核，主要針對高性能、低成本和低功耗的嵌入式應(yīng)用。Cortex-M3擁有固定的存儲器映射，采用更高效的NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)、更簡單的堆棧以及更高性能的指令集，且NVIC(包括SysTick)的寄存器位置固定，極大地方便了μC／OS-III的移植及在基丁Cortex-M3內(nèi)核的處理器之間的遷移。

2 移植
2．1 移植方案
本文移植μC／OS-III內(nèi)核的版本為V3．02．00，其源代碼下載地址見參考文獻(xiàn)。選用意法半導(dǎo)體(ST)公司生產(chǎn)的基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103RBT6微控制器作為硬件實(shí)驗(yàn)平臺，而編譯環(huán)境采用RealViewMDK V3．5。
Cortex-M3支持兩種特權(quán)級別：特權(quán)級和用戶級，μC／OS-III內(nèi)核和用戶代碼都運(yùn)行于特權(quán)級下。Cortex-M3還支持兩個棧指針MSP和PSP，μC／OS-III內(nèi)核和ISR(Interrupt Service Routine)使用MSP，μC／OS-III的任務(wù)則使用PSP。
首先針對Conex-M3處理器的特性編寫與內(nèi)核、CPU和BSP(Board Support Package)相關(guān)的源代碼，然后創(chuàng)建若干個簡單的用戶任務(wù)，在具體的硬件平臺上測試移植后的μC／OS-III。
2．2 內(nèi)核相關(guān)
2．2．1 編寫os_cpu．h
os_cpu．h頭文件主要是對上下文切換函數(shù)和時間戳獲取函數(shù)進(jìn)行宏定義。μC／OS-III的上下文切換包括兩種類型：任務(wù)級上下文切換OS_TASK_SW()和中斷級上下文切換OSIntCtxSw()。它們使用相同的代碼置位ICSR．PENDSVSET以懸起PendSV異常，由PendSV的ISR“緩期執(zhí)行”上下文切換。
OS_TS_GET()的作用是獲取當(dāng)前時間戳，若使能μC／OS-III的時間戳功能，則將OS_TS_GET()宏定義為CPU_TS_TmrRd()，否則簡單地宏定義為0。
2．2．2 編寫os_cpu_a．a(chǎn)sm
在os_cpu_a．a(chǎn)sm文件中需要用匯編指令實(shí)現(xiàn)OSStartHighRdy()函數(shù)和PendSV的ISR。OSStartHighRdy()函數(shù)被內(nèi)核用于調(diào)度第一個最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)，以開始多任務(wù)運(yùn)行環(huán)境，匯編代碼實(shí)現(xiàn)如下：

Cortex-M3支持PendSV異常，而PendSV異常的典型應(yīng)用場合就是上下文切換。得益于Cortex-M3的中斷機(jī)制，μC／OS-III上下文切換只需保存和恢復(fù)R11～R4、PSP，而PSR、PC、LR、R12、R3～R0由硬件自動保存和恢復(fù)。PendSV的ISR匯編代碼如下：