LPC2292芯片的μC/OS-II硬件抽象層構(gòu)建

引言

　　為了便于操作系統(tǒng)在不同硬件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行移植，美國(guó)微軟公司首先提出了將底層與硬件相關(guān)的部分單獨(dú)設(shè)計(jì)成硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer,HAL）的思想。硬件抽象層的引入大大推動(dòng)了嵌入式操作系統(tǒng)的通用程度，為嵌入式操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了可能。

1 μC/OS-II簡(jiǎn)介

　　μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一種開(kāi)發(fā)源碼的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可固化，可剪裁，具有高穩(wěn)定性和可靠性。它最鮮明的特點(diǎn)就是源碼公開(kāi)，便于移植和維護(hù)。目前μC/OS-II版本2.52，通過(guò)了美國(guó)航空管理局的安全認(rèn)證，其穩(wěn)定性和可用性是經(jīng)過(guò)實(shí)踐的。μC/OS-II的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音像設(shè)備等。

2 硬件抽象層簡(jiǎn)介

　　硬件抽象層隱藏特定平臺(tái)的硬件接口細(xì)節(jié),為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺(tái),使其具有硬件無(wú)關(guān)性,可在多種平臺(tái)上進(jìn)行移植。它通過(guò)硬件抽象層接口向操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序提供對(duì)硬件進(jìn)行抽象后的服務(wù)。它主要有以下特點(diǎn)：

① 硬件相關(guān)性。作為操作系統(tǒng)與硬件之間的接口，硬件抽象層（HAL）必須為操作系統(tǒng)提供具體操作硬件的方法。
② 操作系統(tǒng)相關(guān)性。不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。

　　硬件抽象層是一個(gè)處于硬件之上，操作系統(tǒng)之下的軟件層次。它主要功能包括：

① 對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化；
② 為操作系統(tǒng)提供各種操作硬件的接口函數(shù)。

　　系統(tǒng)硬件的初始化方法，主要由硬件廠家提供；操作系統(tǒng)的各種硬件接口函數(shù)和宏定義，則需要通過(guò)硬件和操作系統(tǒng)的使用者在熟悉了操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)后自行編寫(xiě)。μC/OS-II需要完成的硬件接口主要包括：類(lèi)型的定義、任務(wù)上下文切換、中斷處理、任務(wù)堆棧初始化和定時(shí)處理。

　　圖1為硬件抽象層的功能示意圖。

圖1 硬件抽象層功能示意圖

3 在LPC2292上構(gòu)建硬件抽象層

3.1 LPC2292簡(jiǎn)介

　　LPC2292/LPC2294 微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32 位ARM7TDMIS CPU，帶有256 KB 嵌入的高速Flash 存儲(chǔ)器。128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最高時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16 位Thumb 模式將代碼規(guī)模減小30%以上，而性能的損失卻很小。

　　由于LPC2292/LPC2294 的144 腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32 位定時(shí)器、8 通道10 位ADC、2/4 （LPC2292/LPC2294）高級(jí)CAN、PWM 通道以及多達(dá)9 個(gè)外部中斷引腳，使它們特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線(xiàn)。LPC2292/LPC2294 含有76（使用了外部存儲(chǔ)器）到112 個(gè)（單片）可用GPIO 口。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及許多其他的應(yīng)用中。

3.2 類(lèi)型定義

　　在將μC/OS-II移植到LPC2292處理器上時(shí),首先進(jìn)行基本配置和數(shù)據(jù)類(lèi)型定義。重新定義數(shù)據(jù)類(lèi)型是為了增加代碼的可移植性，因?yàn)椴煌木幾g器所提供的同一數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度并不相同，例如int型,在有的編譯器中是16 位,而在另外一些編譯器中則是32 位。所以,為了便于移植，需要重新定義數(shù)據(jù)類(lèi)型。μC/OS-II類(lèi)型定義如下：

　　typedef unsigned char BOOLEAN;/*布爾變量*/
　　typedef unsigned char INT8U;/*無(wú)符號(hào)8位整型變量*/
　　typedef signed char INT8S;/*有符號(hào)8位整型變量*/
　　typedef unsigned short INT16U;/*無(wú)符號(hào)16位整型變量*/
　　typedef signed short INT16S;/*有符號(hào)16位整型變量*/
　　typedef unsigned int INT32U;/*無(wú)符號(hào)32位整型變量*/
　　typedef signed intINT32S;/*有符號(hào)32位整型變量*/
　　typedef floatFP32;/*單精度浮點(diǎn)數(shù)（32位長(zhǎng)度）*/
　　typedef doubleFP64;/*雙精度浮點(diǎn)數(shù)（64位長(zhǎng)度）*/
　　typedef INT32UOS_STK;/*堆棧是32位寬度*/

3.3 任務(wù)堆棧初始化

　　在μC/OS-II中，函數(shù)OSTaskStkInit（）對(duì)任務(wù)堆棧進(jìn)行初始化,在LPC2292中,任務(wù)堆?？臻g由高到低依次為PC ,LR，R12 ,R11，…，R1，R0，CPSR，SPSR。 在進(jìn)行堆棧初始化以后,OSTaskStkInit ( ) 返回新的堆棧棧頂指針。圖2為任務(wù)堆棧增長(zhǎng)的方向。其初始化過(guò)程如下：

　　*stk = (OS_STK) task;/*PC*/
　　*--stk = (OS_STK) task;/*LR*/　　//寄存器初始化R12到R1
　　*--stk = 0;/*R12*/
　　*--stk = 0;/*R1*/
　　*--stk = (OS_STK)pdata;/* R0,參數(shù)*/
　　*--stk = (USER_USING_MODE|0x00);/*SPSR，允許IRQ、FIQ中斷*/