在CodeWarrior編譯環(huán)境下運行μC／OS―III

摘要：μC／OS—II是面向8／16位及低端32位單片機(jī)應(yīng)用的RTOS，而新近推出的μC／OS—Ⅲ則面向高性能32位單片機(jī)，如ARM Cortex等。以Cortex—M4為內(nèi)核的Kinetis系列單片機(jī)，不僅用于全國大學(xué)生飛思卡爾杯智能車競賽，也用于諸多大學(xué)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，官方提供的開發(fā)環(huán)境是CodeWarrior。本文介紹如何利用CodeWarrior開發(fā)環(huán)境，將μC／OS—III在Kinetis單片機(jī)上運行起來，以便將μC／OS—III引入教學(xué)、科研與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：μC／OS—III；Kinetis CodeWarrior

引言
Kinetis系列是飛思卡爾公司基于ARM Cortex—M4和Cortex—M0+內(nèi)核的單片機(jī)，和Cortex—M3相比，M4內(nèi)核主要增加了DSP運算指令和可選的浮點運算單元，同時保持了與Cortex—M3的兼容性，因此被寄予希望能逐步替代Cortex—M3。Kinetis也成為飛恿卡爾杯全國大學(xué)生智能車競賽新的硬件平臺之一。
μC／OS—Ⅲ是Micrium公司推出的全新RTOS，特別適用于那些有計算前導(dǎo)零(CLZ)硬件指令的高端32位CPU，可大大加速就緒表查找速度μC／OS—II的主要精華在于其巧妙的優(yōu)先級軟件查表算法，而對于有CLZ硬件算法指令的CPU，如MIPS、PowerPC、ARM11及以上系列，仍使用μC／OS一Ⅱ就不那么合理了。μC／OS—III源代碼公開，官方已提供對目前主流單片機(jī)的移植支持，并且針對幾大主流單片機(jī)都提供相應(yīng)的教材，Kinetis就是其中之一。Micrium官方提供的基于Kinetis平臺的范例都是使用IAR作為集成開發(fā)環(huán)境的，考慮到飛思卡爾官方的Code Warrior開發(fā)環(huán)境有著廣泛的用戶群，尤其是使用過S08／S12等單片機(jī)的用戶，大多熟悉CodeWarrior。因此，本文將以Kinetis平臺為例，講述如何使用CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境將μOS—III運行起來，作為應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)，也便于那些教學(xué)中使用CodeWarrior編譯器的師生，將μC／OS—Ⅲ引入嵌入式系統(tǒng)教學(xué)。

1 CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境
Kinetis包括K，X、L三大系列，K和X系列是基于Cortex—M4內(nèi)核，而L系列是基于Cortex—M0+內(nèi)核。K系列又包括K10～K70多個子系列，不同系列側(cè)重點不同，如K10是基準(zhǔn)系列，K20帶USB，K60帶以太網(wǎng)。因為內(nèi)核一樣，只是外設(shè)不同，因此μC／OS—III的移植都是通用的。本文以清華大學(xué)飛恩卡爾培訓(xùn)中心為全國大學(xué)生智能車競賽提供的K10開發(fā)套件為例進(jìn)行說明。
針對Kinetis的CodeWarrior軟件版本為V10．x，可從官方網(wǎng)站下載免費教學(xué)版本。新版的CodeWarrior基予Eclipse開發(fā)環(huán)境，支持S08／S12／ColdFire／Kinetis等系列單片機(jī)。本文使用的CodeWarrior版本為V10．2Special Edition。
最新版本的μC／OS—III源代碼可從Micrium公司官方網(wǎng)站下載，網(wǎng)站上的“Source code”欄目提供的只是內(nèi)核的源代碼，不包括移植部分，也沒有相關(guān)的范例，而“μC／OS—III Books”欄目里可下載針對不同單片機(jī)的電子版教材及配套的范例工程。本文使用官方為Kinetis提供的IAR環(huán)境下的工程范例為參考。

2 μC／OS-Ⅲ的目錄結(jié)構(gòu)
μC／OS—III的代碼組織中，除了內(nèi)核相關(guān)的代碼文件外，還有兩個獨立的組件——μC／CPU和μC／LIB。μC／CPU用來封裝一個CPU的屬性，定義了與編譯器和CPU相關(guān)的數(shù)據(jù)類型、寄存器的位寬、大小端格式、堆棧的增長方式、開關(guān)中斷的函數(shù)等等。換句話說，也就是把原來
μC／OS里的一些CPU硬件相關(guān)的定義和函數(shù)獨立成為一個組件，這樣，代碼的結(jié)構(gòu)就更加清晰。而μC／LIB是一個基礎(chǔ)的函數(shù)庫，不依賴于任何的處理器和編譯器，主要包括一些字符串處理函數(shù)、數(shù)學(xué)相關(guān)函數(shù)，以及內(nèi)存管理相關(guān)的函數(shù)。μC／OS—III依賴于μC／CPU和μC／LIB，
因此工程中必須包括μC／CPU和μC／LIB的相關(guān)文件才能完成編譯。
圖1展示了一個典型工程的文件結(jié)構(gòu)。其中，μC／OS—III、μC／CPU、μC／LIB和配置文件部分都是必須的，加粗斜體的文件表示是需要移植的。lib_mem_a．a(chǎn)sm文件是用匯編語言編寫的優(yōu)化的內(nèi)存分配函數(shù)，可以不要(lib_cfg．h里的宏LIB_MEM_CFG_OPTIMIZE_ASM_EN要設(shè)置為0)。配置相關(guān)的頭文件必需的有4個，其中，μC／OS—III、μC／CPU和μC／LIB三個組件各有一個對應(yīng)的配置文件，還有一個是os_cfg_ app．h。os_cfg．h和os_cfg_app．h都是μC／OS—Ⅲ相關(guān)的配置文件，前者主要是功能的配置，如是否使用信號量、是否使用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度、是否進(jìn)行參數(shù)檢查等等；后者主要是內(nèi)核資源的配置，如空閑任務(wù)、時鐘節(jié)拍任務(wù)的堆棧大小、信號量、消息隊列等內(nèi)核資源的數(shù)量等。“板級支持包”和“用戶程序”里列出的文件并不是必需的，只是一個范例。板級支持包用來定義與開發(fā)板硬件相關(guān)的功能函數(shù)，如硬件韌始化函數(shù)、I／O操作函數(shù)、串口服務(wù)函數(shù)等等。使用板級支持包可以使代碼結(jié)構(gòu)更清晰，方便代碼共享。

從Micrium網(wǎng)站下載針對Kinetis的教材配套的范例工程壓縮包，解壓后目錄結(jié)構(gòu)如圖2所示。Micrium公司的代碼組織結(jié)構(gòu)非常清晰，對于程序開發(fā)人員來說是一個很好的參考。其中，uCOS-III、uC—CPU、uC—LIB三個文件夾下分別包含了該模塊對應(yīng)的代碼，底下各有一個Cfg文件夾，里面包括了該模塊配置頭文件的模板。而移植相關(guān)的部分代碼文件都是按“CPU＼編譯器”的目錄結(jié)構(gòu)來組織，如uC—CPU下的ARM—Cortex—M4＼IAR。EvalBoards文件夾是范例工程所在，按照“開發(fā)板＼編譯器”的結(jié)構(gòu)組織。