在AndesCore N1033A-S處理器實現(xiàn)μC/OS-II的移植

μC/OS-II是一種代碼公開、可裁剪的嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。該內(nèi)核通過實現(xiàn)搶占式任務(wù)調(diào)度算法和多任務(wù)間通信等功能，使之具有執(zhí)行效率高、實時性能優(yōu)良等特點。另外，其占用空間非常?。ㄗ钚】刹眉糁?KB）并且具有高度可移植性，因此被廣泛的應(yīng)用于微處理器和微控制器上。

晶心科技 （Andes）作為亞洲首家原創(chuàng)性32位微處理器IP與系統(tǒng)芯片平臺設(shè)計公司，推出的AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S, 搭配應(yīng)用廣泛的嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II以及相關(guān)的軟硬件開發(fā)資源，有效的幫助客戶降低現(xiàn)有成本、提升系統(tǒng)效能、減少系統(tǒng)功耗，并縮短產(chǎn)品開發(fā)上市時程。本文將介紹如何將μC/OS-II移植到AndesCore™ N1033A-S處理器上。

1. 開發(fā)環(huán)境及處理器介紹

1.1 軟/硬件開發(fā)環(huán)境

本移植過程使用的軟件環(huán)境是AndeSight? v1.4集成開發(fā)套件，它是晶心科技最新推出的針對各種AndesCore?的軟件集成開發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調(diào)試器、分析器以及強大的ESL工具。硬件平臺采用晶心科技的FPGA評估板ADP-XC5,該評估板采用AndesCore? N1033A-S作為處理器內(nèi)核，并具有豐富的片上資源。

AndesCore™ N1033A-S介紹

AndesCore™ N10系列產(chǎn)品N1033A-S是一款哈弗結(jié)構(gòu)的32位RISC處理器內(nèi)核，具有5級流水線（pipeline）及動態(tài)分支預(yù)測（Dynamic branch predicTION）架構(gòu)。N1033A-S新加入了最新AndeSTar™ V2 指令集，把CPU效能推至1.66DMIPS/Mhz之上。同時還實現(xiàn)完整的Audio指令集，達到完全整合CPU與DSP功能的目標。N1033A-S還支持向量中斷模式以及2D 直接內(nèi)存訪問（DMA）功能，更為實時信號處理添增效能。

2. μC/OS-II在N1033A-S上的可移植性分析

μC/OS-II具有高度可移植性，目前已經(jīng)移植到近40多種處理器體系上，涵蓋從8位到64位的各種CPU（包括DSP）。

μC/OS-II的正常運行需要處理器平臺滿足以下要求： 1）處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；2）用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷；3）處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷；4）處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧；5）處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。

AndesCore? N1033A-S內(nèi)部提供了32個通用寄存器，其中R31被用來做專門的堆棧指針。32根地址線最多可訪問4GB存儲單元，因此只要系統(tǒng)RAM空間允許，堆棧空間理論不會產(chǎn)生限制。N1033A-S處理器提供的AndeStar? V2指令集包含了豐富且十分高效的對堆棧進行操作的指令。例如指令SMW（store multiple word）可實現(xiàn)僅使用一條指令將多個寄存器的值存儲到堆棧中并同時更新堆棧指針位置，而且還能很好的處理地址非對齊字的存取。N1033A-S支持中斷并能產(chǎn)生定時器中斷，處理器中的PSW（Processor Status Word）寄存器中包含一個全局中斷禁止位GIE,控制它便可實現(xiàn)打開和關(guān)閉中斷。此外，AndeSight?集成開發(fā)環(huán)境中內(nèi)置的編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼，并且支持內(nèi)聯(lián)匯編，C環(huán)境中可以任意進行開關(guān)中斷的操作。綜上所述，μC/OS-II完全可以移植到N1033A-S上運行。

3. 移植步驟

為了方便移植，大部分的μC/OS-II代碼是用C語言寫的，用戶只需要用C語言和匯編語言寫一些與處理器相關(guān)的代碼就可以實現(xiàn)移植。這部分工作的內(nèi)容包括：一個完成基本設(shè)置的頭文件os_cpu.h、一個與處理器相關(guān)的匯編文件os_cpu_a.S和一個與操作系統(tǒng)相關(guān)的C代碼文件os_cpu_c.c.

3.1在os_cpu.h中完成基本的配置和定義

3.1.1. 定義與處理器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型

為保證可移植性，μC/OS-II沒有直接使用C語言中的short、int和long等數(shù)據(jù)類型的定義，因為不同的處理器有不同的字長。對于N1033A-S這樣的32位處理器，其數(shù)據(jù)類型定義實現(xiàn)如下：

3.1.2. 定義中斷禁止/允許宏

做為實時內(nèi)核，μC/OS-II需要先禁止中斷再訪問代碼臨界區(qū)，并且在訪問完畢后重新允許中斷。μC/OS-II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENteR_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）。在N1033A-S處理器上的實現(xiàn)代碼如下

GIE_SAVE 和GIE_RESTORE的實現(xiàn)如下：

中斷禁止時間是判斷系統(tǒng)實時性的重要指標之一。中斷禁止時間能否達到最短，不僅與操作系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)，還依賴于處理器結(jié)構(gòu)和編譯器產(chǎn)生的代碼質(zhì)量。從上面的實現(xiàn)代碼看到，由于Andes處理器提供了setgie.d和setgie.e兩條直接控制中斷的開關(guān)的指令，整個禁止/允許中斷的過程經(jīng)過編譯器產(chǎn)生的機器碼只有3/2條，最大限度地減小了中斷禁止時間。

3.1.3. 定義棧增長方向

μC/OS-II使用結(jié)構(gòu)常量OS_STK_GROWTH來指定堆棧的增長方式，設(shè)置為0表示堆棧從下往上增長，設(shè)置為1表示從上往下增長。這里我們定義成后者，即堆棧的增長方向是從內(nèi)存高地址向低地址方向遞減并且堆棧指針總是指向棧頂數(shù)據(jù)：

3.1.4.定義OS_TASK_SW（）宏

OS_TASK_SW（）是一個宏，它在μC/OS-Ⅱ從低優(yōu)先級任務(wù)切換到最高優(yōu)先級任務(wù)時被調(diào)用的。任務(wù)切換只是簡單的將處理器寄存器保存到將被掛起的任務(wù)的堆棧中，并且將更高優(yōu)先級的任務(wù)從堆棧中恢復(fù)出來。可采用兩種方式定義這個宏，使用軟中斷將中斷向量指向OSCtxSW（）函數(shù)；或者直接調(diào)用OSCtxSW（）函數(shù)，這里我們采用后者（OSCtxSW（）函數(shù)的實現(xiàn)將在后面介紹）：