ucosii在stm32上的移植詳解3

首先從micrium網(wǎng)站上下載官方移植版本（編譯器使用ARM/Keil的，V2.86版本，V2.85有問題）。
下載地址：http://micrium.com/page/downloads/ports/st/stm32
解壓縮后得到如下文件夾和文件:
Micrium
AppNotes
Licensing
Software
ReadMe.pdf

AppNotes包含ucosii移植說明文件。這兩個(gè)文件中我們僅需關(guān)心MicriumAppNotesAN1xxx-RTOSAN1018-uCOS-II-Cortex-M3AN-1018.pdf。因?yàn)檫@個(gè)文件對(duì)ucosii在CM3內(nèi)核移植過程中需要修改的代碼進(jìn)行了說明。
Licensing包含ucosii使用許可證。
Software下有好幾個(gè)文件夾，在本文的移植中僅需關(guān)心uCOS-II即可。
CPU: stm32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫
EvalBoards: micrium官方評(píng)估板相關(guān)代碼
uc-CPU: 基于micrium官方評(píng)估板的ucosii移植代碼
uC-LCD：micrium官方評(píng)估板LCD驅(qū)動(dòng)代碼
uc-LIB: micrium官方的一個(gè)庫代碼
uCOS-II: ucosii源代碼
uC-Probe: 和uC-Probe相關(guān)代碼
ReadMe.pdf就不說了。

好了，官方的東西介紹完了，該我們自己建立工程著手移植了。關(guān)于建立工程，并使用stm32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫在我之前的文章《stm32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫使用詳解》已有介紹，這里請(qǐng)大家下載其中模板代碼（http://download.csdn.net/source/3448543），本文的移植是基于這個(gè)工程的。
建立文件夾templatesrcucosii, templatesrcucosiisrc, templatesrcucosiiport；
把MicriumSoftwareuCOS-IISource下的文件拷貝至templatesrcucosiisrc；
把MicriumSoftwareuCOS-IIPortsARM-Cortex-M3GenericRealView下的文件拷貝至

templatesrcucosiiport；
ucosiisrc下的代碼是ucosii中無需修改部分，ucosiiport下的代碼是移植時(shí)需要修改的。為防止對(duì)源碼的誤改動(dòng)造成移植失敗，可以把ucosiisrc下的代碼文件設(shè)為只讀。
這里根據(jù)AN-1018.pdf和移植詳解1、2中介紹的移植基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)ucosiiport下的代碼解釋一下。

os_cpu.h

#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif

typedef unsigned char BOOLEAN;
typedef unsigned char INT8U;
typedef signed char INT8S;
typedef unsigned short INT16U;
typedef signed short INT16S;
typedef unsigned int INT32U;
typedef signed int INT32S;
typedef float FP32;
typedef double FP64;
就不解釋了。

typedef unsigned int OS_STK;
typedef unsigned int OS_CPU_SR;

因?yàn)镃M3是32位寬的，所以O(shè)S_STK（堆棧的數(shù)據(jù)類型）被類型重定義為unsigned int。
因?yàn)镃M3的狀態(tài)寄存器（xPSR）是32位寬的，因此OS_CPU_SR被類型重定義為unsigned int。OS_CPU_SR是在OS_CRITICAL_METHOD方法3中保存cpu狀態(tài)寄存器用的。在CM3中，移植OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()選方法3是最合適的。

#define OS_CRITICAL_METHOD 3

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
#define OS_ENTER_CRITICAL() {cpu_sr = OS_CPU_SR_Save();}
#define OS_EXIT_CRITICAL() {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}
#endif

具體定義宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，其中OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()是用匯編代碼寫的，代碼在os_cpu_a.asm中，到時(shí)再解釋。

#define OS_STK_GROWTH 1
CM3中，棧是由高地址向低地址增長的，因此OS_STK_GROWTH定義為1。

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()
定義任務(wù)切換宏，OSCtxSw()是用匯編代碼寫的，代碼在os_cpu_a.asm中，到時(shí)再解釋。

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
OS_CPU_SR OS_CPU_SR_Save(void);
void OS_CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr);
#endif

void OSCtxSw(void);
void OSIntCtxSw(void);
void OSStartHighRdy(void);
void OS_CPU_PendSVHandler(void);

void OS_CPU_SysTickHandler(void);
void OS_CPU_SysTickInit(void);
INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq(void);

申明幾個(gè)函數(shù)，這里要注意最后三個(gè)函數(shù)需要注釋掉，為什么呢？
OS_CPU_SysTickHandler()定義在os_cpu_c.c中，是SysTick中斷的中斷處理函數(shù)，而stm32f10x_it.c，中已經(jīng)有該中斷函數(shù)的定義SysTick_Handler()，這里也就不需要了，是不是很奇怪官方移植版為什么會(huì)這樣弄吧，后面我會(huì)解釋的。
OS_CPU_SysTickInit()定義在os_cpu_c.c中，用于初始化SysTick定時(shí)器，它依賴于OS_CPU_SysTickClkFreq()，而此函數(shù)我們自己會(huì)實(shí)現(xiàn)，所以注釋掉。
OS_CPU_SysTickClkFreq()定義在BSP.C (MicriumSoftwareEvalBoards)中，而本文移植中并未用到BSP.C，后面我們會(huì)自己實(shí)現(xiàn)，因此可以把它注釋掉。

os_cpu_c.c
ucosii移植時(shí)需要我們寫10個(gè)相當(dāng)簡單的C函數(shù)。

OSInitHookBegin()
OSInitHookEnd()
OSTaskCreateHook()
OSTaskDelHook()
OSTaskIdleHook()
OSTaskStatHook()
OSTaskStkInit()
OSTaskSwHook()
OSTCBInitHook()
OSTimeTickHook()

這些函數(shù)除了OSTaskStkInit()，都是一些hook函數(shù)。這些hook函數(shù)如果不使能的話，都不會(huì)用上，也都比較簡單，看看就應(yīng)該明白了，所以就不介紹。
下面就說一說OSTaskStkInit()。說之前還是得先說一下任務(wù)切換，因?yàn)槌跏蓟蝿?wù)堆棧，是為任務(wù)切換服務(wù)的。代碼在正常運(yùn)行時(shí)，一行一行往下執(zhí)行，怎么才能跑到另一個(gè)任務(wù)（即函數(shù)）執(zhí)行呢？首先大家可以回想一下中斷過程，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，原來函數(shù)執(zhí)行的地方（程序計(jì)數(shù)器PC、處理器狀態(tài)寄存器及所有通用寄存器，即當(dāng)前代碼的現(xiàn)場）被保存到棧里面去了，然后開始取中斷向量，跑到中斷函數(shù)里面執(zhí)行。執(zhí)行完了呢，想回到原來函數(shù)執(zhí)行的地方，該怎么辦呢，只要把棧中保存的原來函數(shù)執(zhí)行的信息恢復(fù)即可（把棧中保存的代碼現(xiàn)場重新賦給cpu的各個(gè)寄存器），一切就都回去了，好像什么事都沒發(fā)生一樣。這個(gè)過程大家應(yīng)該都比較熟悉，任務(wù)切換和這有什么關(guān)系，試想一下，如果有3個(gè)函數(shù)foo1(), foo2(),foo3()像是剛被中斷，現(xiàn)場保存到棧里面去了，而中斷返回時(shí)做點(diǎn)手腳（調(diào)度程序的作用），想回哪個(gè)回哪個(gè)，是不是就做了函數(shù)（任務(wù)）切換了。看到這里應(yīng)該有點(diǎn)明白OSTaskStkInit()的作用了吧，它被任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)調(diào)用，所以要在開始時(shí)，在棧中作出該任務(wù)好像剛被中斷一樣的假象。（關(guān)于任務(wù)切換的原理邵老師書中的3.06節(jié)有介紹）。
那么中斷后棧中是個(gè)什么情形呢，<>中9.1.1有介紹，xPSR，PC，LR，R12，R3-R0被自動(dòng)保存到棧中的，R11-R4如果需要保存，只能手工保存。因此OSTaskStkInit()的工作就是在任務(wù)自己的棧中保存cpu的所有寄存器。這些值里R1-R12都沒什么意義，這里用相應(yīng)的數(shù)字代號(hào)（如R1用0x01010101）主要是方便調(diào)試。
其他幾個(gè)：
xPSR = 0x01000000L，xPSR T位（第24位）置1，否則第一次執(zhí)行任務(wù)時(shí)Fault，
PC肯定得指向任務(wù)入口，
R14 = 0xFFFFFFFEL，最低4位為E，是一個(gè)非法值，主要目的是不讓使用R14，即任務(wù)是不能返回的。
R0用于傳遞任務(wù)函數(shù)的參數(shù)，因此等于p_arg。
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
OS_STK *stk;

(void)opt; /* opt is not used, prevent warning */
stk = ptos; /* Load stack pointer */

/* Registers stacked as if auto-saved on exception */
*(stk) = (INT32U)0x01000000L; /* xPSR */
*(--stk) = (INT32U)task; /* Entry Point */
/* R14 (LR) (init value will cause fault if ever used)*/
*(--stk) = (INT32U)0xFFFFFFFEL;
*(--stk) = (INT32U)0x12121212L; /* R12 */
*(--stk) = (INT32U)0x03030303L; /* R3 */
*(--stk) = (INT32U)0x02020202L; /* R2 */
*(--stk) = (INT32U)0x01010101L; /* R1 */
*(--stk) = (INT32U)p_arg; /* R0 : argument */

/* Remaining registers saved on process stack */
*(--stk) = (INT32U)0x11111111L; /* R11 */
*(--stk) = (INT32U)0x10101010L; /* R10 */
*(--stk) = (INT32U)0x09090909L; /* R9 */
*(--stk) = (INT32U)0x08080808L; /* R8 */
*(--stk) = (INT32U)0x07070707L; /* R7 */
*(--stk) = (INT32U)0x06060606L; /* R6 */
*(--stk) = (INT32U)0x05050505L; /* R5 */
*(--stk) = (INT32U)0x04040404L; /* R4 */

return (stk);
}

把OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()注釋掉。

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL (*((volatile INT32U *)0xE000E010))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD (*((volatile INT32U *)0xE000E014))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018))
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL (*((volatile INT32U *)0xE000E01C))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT 0x00010000
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC 0x00000004
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN 0x00000002
#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE 0x00000001

把上面這些宏定義也注釋掉，因?yàn)樗鼈兌加糜贠S_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()。

os_cpu_a.asm
這個(gè)文件包含著必須用匯編寫的代碼。

EXTERN OSRunning ; External references
EXTERN OSPrioCur
EXTERN OSPrioHighRdy
EXTERN OSTCBCur
EXTERN OSTCBHighRdy
EXTERN OSIntNesting
EXTERN OSIntExit
EXTERN OSTaskSwHook
申明這些變量是在其他文件定義的，本文件只做引用（有幾個(gè)好像并未引用，不過沒有關(guān)系）。

EXPORT OS_CPU_SR_Save ; Functions declared in this file
EXPORT OS_CPU_SR_Restore
EXPORT OSStartHighRdy
EXPORT OSCtxSw
EXPORT OSIntCtxSw
EXPORT OS_CPU_PendSVHandler
申明這些函數(shù)是在本文件中定義的。

NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ;中斷控制及狀態(tài)寄存器ICSR的地址
NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ;PendSV優(yōu)先級(jí)寄存器的地址
NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ;PendSV中斷的優(yōu)先級(jí)為255（最低）
NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ;位28為1
定義幾個(gè)常量，類似C語言中的#define預(yù)處理指令。

OS_CPU_SR_Save
MRS R0, PRIMASK ;讀取PRIMASK到R0中，R0為返回值
CPSID I ;PRIMASK=1，關(guān)中斷（NMI和硬fault可以響應(yīng)）
BX LR ;返回

OS_CPU_SR_Restore
MSR PRIMASK, R0 ;讀取R0到PRIMASK中，R0為參數(shù)
BX LR ;返回

OSStartHighRdy()由OSStart()調(diào)用，用來啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，當(dāng)然任務(wù)必須在OSStart()前已被創(chuàng)建。

OSStartHighRdy
;設(shè)置PendSV中斷的優(yōu)先級(jí) #1
LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 ;R0 = NVIC_SYSPRI14
LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI ;R1 = NVIC_PENDSV_PRI
STRB R1, [R0] ;*(uint8_t *)NVIC_SYSPRI14 = NVIC_PENDSV_PRI

;設(shè)置PSP為0 #2
MOVS R0, #0 ;R0 = 0
MSR PSP, R0 ;PSP = R0

;設(shè)置OSRunning為TRUE
LDR R0, =OSRunning ;R0 = OSRunning
MOVS R1, #1 ;R1 = 1
STRB R1, [R0] ;OSRunning = 1

;觸發(fā)PendSV中斷 #3
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

CPSIE I ;開中斷

OSStartHang ;死循環(huán)，應(yīng)該不會(huì)到這里
B OSStartHang

#1.PendSV中斷的優(yōu)先級(jí)應(yīng)該為最低優(yōu)先級(jí)，原因在<>的7.6節(jié)已有說明。
#2.PSP設(shè)置為0，是告訴具體的任務(wù)切換程序（OS_CPU_PendSVHandler()），這是第一次任務(wù)切換。做過切換后PSP就不會(huì)為0了，后面會(huì)看到。
#3.往中斷控制及狀態(tài)寄存器ICSR(0xE000ED04)第28位寫1即可產(chǎn)生PendSV中斷。這個(gè)<>8.4.5 其它異常的配置寄存器有說明。

當(dāng)一個(gè)任務(wù)放棄cpu的使用權(quán)，就會(huì)調(diào)用OS_TASK_SW()宏，而OS_TASK_SW()就是OSCtxSw()。OSCtxSw()應(yīng)該做任務(wù)切換。但是在CM3中，所有任務(wù)切換都被放到PendSV的中斷處理函數(shù)中去做了，因此OSCtxSw()只需簡單的觸發(fā)PendSV中斷即可。OS_TASK_SW()是由OS_Sched()調(diào)用。

void OS_Sched (void)
{
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
OS_CPU_SR cpu_sr = 0;
#endif

OS_ENTER_CRITICAL();
if (OSIntNesting == 0) {
if (OSLockNesting == 0) {
OS_SchedNew();
if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0
OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;
#endif
OSCtxSwCtr++;
OS_TASK_SW(); /* 觸發(fā)PendSV中斷 */
}
}
}
/* 一旦開中斷，PendSV中斷函數(shù)會(huì)執(zhí)行（當(dāng)然要等更高優(yōu)先級(jí)中斷處理完） */
OS_EXIT_CRITICAL();
}

OSCtxSw
;觸發(fā)PendSV中斷
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET
BX LR ;返回

當(dāng)一個(gè)中斷處理函數(shù)退出時(shí)，OSIntExit()會(huì)被調(diào)用來決定是否有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要執(zhí)行。如果有OSIntExit()對(duì)調(diào)用OSIntCtxSw()做任務(wù)切換。

OSIntCtxSw
;觸發(fā)PendSV中斷
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0]
BX LR

看到這里有些同學(xué)可能奇怪怎么OSCtxSw()和OSIntCtxSw()完全一樣，事實(shí)上，這兩個(gè)函數(shù)的意義是不一樣的，OSCtxSw()做的是任務(wù)之間的切換，如任務(wù)A因?yàn)榈却硞€(gè)資源或是做延時(shí)切換到任務(wù)B，而OSIntCtxSw()則是中斷退出時(shí)，由中斷狀態(tài)切換到另一個(gè)任務(wù)。由中斷切換到任務(wù)時(shí)，CPU寄存器入棧的工作已經(jīng)做完了，所以無需做第二次了（參考邵老師書的3.10節(jié)）。這里只不過由于CM3的特殊機(jī)制導(dǎo)致了在這兩個(gè)函數(shù)中只要做觸發(fā)PendSV中斷即可，具體切換由PendSV中斷來處理。

前面已經(jīng)說過真正的任務(wù)切換是在PendSV中斷處理函數(shù)里做的，由于CM3在中斷時(shí)會(huì)有一半的寄存器自動(dòng)保存到任務(wù)堆棧里，所以在PendSV中斷處理函數(shù)中只需保存R4-R11并調(diào)節(jié)堆棧指針即可。

PendSV中斷處理函數(shù)偽代碼如下：
OS_CPU_PendSVHandler()
{
if (PSP != NULL) {
Save R4-R11 onto task stack;
OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
}
OSTaskSwHook();
OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
PSP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;
Restore R4-R11 from new task stack;
Return from exception;
}

OS_CPU_PendSVHandler ;xPSR, PC, LR, R12, R0-R3已自動(dòng)保存
CPSID I ;任務(wù)切換期間需要關(guān)中斷

MRS R0, PSP ;R0 = PSP
;如果PSP == 0，跳到OS_CPU_PendSVHandler_nosave執(zhí)行 #1
CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave

;保存R4-R11到任務(wù)堆棧
SUBS R0, R0, #0x20 ;R0 -= 0x20
STM R0, {R4-R11} ;保存R4-R11到任務(wù)堆棧

;OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
LDR R1, =OSTCBCur ;R1 = &OSTCBCur
LDR R1, [R1] ;R1 = *R1 (R1 = OSTCBCur)
STR R0, [R1] ;*R1 = R0 (*OSTCBCur = SP) #2

OS_CPU_PendSVHandler_nosave
;調(diào)用OSTaskSwHook()
PUSH {R14} ;保存R14，因?yàn)楹竺嬉{(diào)用函數(shù)
LDR R0, =OSTaskSwHook ;R0 = &OSTaskSwHook
BLX R0 ;調(diào)用OSTaskSwHook()
POP {R14} ;恢復(fù)R14

;OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
LDR R0, =OSPrioCur ;R0 = &OSPrioCur
LDR R1, =OSPrioHighRdy ;R1 = &OSPrioHighRdy
LDRB R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSPrioHighRdy)
STRB R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSPrioCur = OSPrioHighRdy)

;OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
LDR R0, =OSTCBCur ;R0 = &OSTCBCur
LDR R1, =OSTCBHighRdy ;R1 = &OSTCBHighRdy
LDR R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSTCBHighRdy)
STR R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSTCBCur = OSTCBHighRdy)

LDR R0, [R2] ;R0 = *R2 (R0 = OSTCBHighRdy), 此時(shí)R0是新任務(wù)的SP
;SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr #3
LDM R0, {R4-R11} ;從任務(wù)堆棧SP恢復(fù)R4-R11
ADDS R0, R0, #0x20 ;R0 += 0x20
MSR PSP, R0 ;PSP = R0，用新任務(wù)的SP加載PSP
ORR LR, LR, #0x04 ;確保LR位2為1，返回后使用進(jìn)程堆棧 #4
CPSIE I ;開中斷
BX LR ;中斷返回

END

#1 如果PSP == 0，說明OSStartHighRdy()啟動(dòng)后第一次做任務(wù)切換，而任務(wù)剛創(chuàng)建時(shí)R4-R11已經(jīng)保存在堆棧中了，所以不需要再保存一次了。
#2 OSTCBStkPtr是任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)變量，所以*OSTCBCur = SP(不是很科學(xué))就是OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
#3 和#2類似。
#4 因?yàn)樵谥袛嗵幚砗瘮?shù)中使用的是MSP，所以在返回任務(wù)后必須使用PSP，所以LR位2必須為1。

os_dbg.c
用于系統(tǒng)調(diào)試，可以不管。

需要修改的代碼就介紹到這里，如果還有不明白之處，就再看看AN-1018.pdf，邵老師的書和<>。