實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ在DSP上的移植

0. 引言

μC/OS-Ⅱ內(nèi)核是一個(gè)強(qiáng)占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度的系統(tǒng)，能管理63個(gè)任務(wù)，支持旗語(yǔ)、信號(hào)量、互斥信號(hào)量、隊(duì)列和消息郵箱，是一個(gè)是典型的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它最早由Jean J. Labrosse創(chuàng)作，源碼完全公開，已有眾多應(yīng)用范例，可靠性能得到保證，內(nèi)核小，移植性好。TI的C2000系列DSP處理器 TMS320LF2407A片內(nèi)集成16路10位AD，4個(gè)通用定時(shí)器，8個(gè)16位PWM通道，4個(gè)CAP捕獲單元，41路I/O通道，以及SPI、 RS232、CAN等通信接口，豐富的片內(nèi)資源，使得控制器不需任何擴(kuò)展就能滿足所有的功能要求，且冗余很少。

DSP處理器在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的優(yōu)勢(shì)也為智能化過(guò)程所需的數(shù)據(jù)處理提供了支持。TMS320LF2407A指令采用4級(jí)流水線操作，最高能以40M的系統(tǒng)時(shí)鐘工作，再加上合適的RTOS的調(diào)度，完全能保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。其開發(fā)系統(tǒng)TMS320C2XX Code Composer Studio滿足μC/OS-Ⅱ的移植條件，因此，它是嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主控制芯片的一個(gè)較好選擇。筆者在設(shè)計(jì)基于CAN的工程機(jī)械嵌入式智能顯示儀時(shí)，選用2407A做主控制芯片，軟件方面，將實(shí)時(shí)內(nèi)核μC/OS-Ⅱ移植到該DSP 控制器TMS320LF2407A上，而應(yīng)用程序是在μC/OS-Ⅱ內(nèi)核基礎(chǔ)上的一系列任務(wù)。

1. μC/OS-Ⅱ的移植

由于μC/OS-Ⅱ在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)充分考慮了可移植性，所以μC/OS-Ⅱ的移植相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。移植工作包括以下幾個(gè)內(nèi)容：（1）用#define設(shè)置一個(gè)常量的值(OS_CPU.H)（2）聲明10個(gè)數(shù)據(jù)類型(OS_CPU.H)（3）用#define聲明三個(gè)宏 (OS_CPU.H)（4）用C語(yǔ)言編寫六個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)(OS_CPU_C.C)（5）編寫四個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)(OS_CPU_A.ASM)；即μC/OS-Ⅱ的移植要修改3個(gè)文件OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM。其中匯編語(yǔ)言文件OS_CPU_A.ASM是可選擇的，因?yàn)槟承〤編譯器允許用戶在C語(yǔ)言中插入?yún)R編語(yǔ)言，所以用戶可以將所需的匯編語(yǔ)言代碼直接放到OS_CPU_C.C中。CCS的C編譯器允許在 C語(yǔ)言中嵌入?yún)R編語(yǔ)言，但是由于這種方式破壞了C語(yǔ)言的完整性，因此只提倡在程序開始系統(tǒng)初始化部分少量采用。而在C語(yǔ)言中嵌入實(shí)現(xiàn)某一完整功能的多句匯編語(yǔ)言時(shí)，就不提倡采用這種方法。所以，移植中還是對(duì)OS_CPU_A.ASM做了修改。

2. 編寫移植代碼

移植μC/OS-Ⅱ的主要工作是聲明與硬件相關(guān)的數(shù)據(jù)類型，定義與中斷有關(guān)的宏定義，定義堆棧增長(zhǎng)方向宏定義，編寫堆棧初始化函數(shù)，HOOK接口函數(shù)，任務(wù)級(jí)上下文切換函數(shù)，中斷級(jí)上下文切換函數(shù)以及系統(tǒng)時(shí)鐘定時(shí)服務(wù)函數(shù)等。

2.1 移植OS_CPU.H文件

(1)一個(gè)常量值。OSInit需要知道當(dāng)OS_TaskIdle() 和OS_TaskStat( ) 函數(shù)建立任務(wù)時(shí)，堆棧的頂端地址在哪里；其次調(diào)用OSTaskStkChk( )時(shí)，μC/OS-Ⅱ需要知道堆棧的底端地址在哪里。所以需要指明堆棧的增長(zhǎng)方向。絕大多數(shù)微處理器和微控制器的堆棧是從上往下遞減的，但是也有某些處理器使用的是相反的方式。TMS320LF2407A的堆棧方向是從下往上增長(zhǎng)的，所以： #define OS_STK_GROWTH 0;// 堆棧方向是從下往上增長(zhǎng)

(2) 聲明數(shù)據(jù)類型。μC/OS-Ⅱ考慮到通用性，在內(nèi)核中使用了自定義數(shù)據(jù)類型，與編譯器無(wú)關(guān)，這就要求移植時(shí)必須定義微處理器的數(shù)據(jù)類型與μC/OS-Ⅱ的數(shù)據(jù)類型相一致，保證移植后的μC/OS-Ⅱ在微處理器平臺(tái)上運(yùn)行，在移植中應(yīng)將其聲明為CCS編譯器可識(shí)別的類型。這可以由OS_CPU.h頭文件實(shí)現(xiàn)，程序如下所示。

typedef unsigned char BOOLEAN;/*定義ucos里的boolean為unsigned char*/

typedef unsigned char INT8U; /*定義ucos里的INT8U為unsigned char*/

typedef signed char INT8S; /*定義ucos里的INT8S為signed char*/

typedef unsigned int INT16U; /*定義ucos里的INT16U為unsigned int*/

typedef signed int INT16S; /*定義ucos里的INT16S為signed int*/

typedef unsigned long INT32U; /*定義ucos里的INT32U為unsigned long*/

typedef signed long INT32S; /*定義ucos里的INT32S為signed long */

typedef float FP; /*定義ucos里的FP為float*/

#define OS_STK INT16U /*堆棧入口寬度為16位*/

由于系統(tǒng)沒(méi)有用到OS_CPU_SR類型數(shù)據(jù)，所以沒(méi)有定義此數(shù)據(jù)類型。

（3）3個(gè)宏定義。μC/OS-Ⅱ在內(nèi)核中通過(guò)禁止中斷來(lái)保護(hù)臨界區(qū)，因此，需要在C語(yǔ)言中插入禁止和允許中斷的匯編代碼，DSP里用SETC INTM來(lái)屏蔽中斷，用CLRC INTM來(lái)使能中斷。所以移植代碼定義了下面兩條宏定義：

#define OS_ENTER_CRITICAL() asm(" SETC INTM")

#define OS_EXIT_CRITICAL() asm(" CLRC INTM")

μC/OS-Ⅱ定義了三種保護(hù)臨界區(qū)的方式，此移植版本采用的是最簡(jiǎn)單的第一種方法。此種方法就要求中斷關(guān)閉的情況下不能調(diào)用μC/OS-Ⅱ的功能函數(shù)。這對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)是可以接受的，所以就選擇了此種模式。TMS320LF2407A支持多種中斷方式，包括可屏蔽硬中斷INT1～I(xiàn)NT6，不可屏蔽硬中斷RESET和NMI_VECT，不可屏蔽軟中斷INT8～I(xiàn)NT16和INT20～I(xiàn)NT31以及中斷陷阱TRAP。因此使用INT31軟中斷來(lái)調(diào)用OSCtxSw()來(lái)從任務(wù)堆棧中恢復(fù)處理器所用的寄存器。用INT2的定時(shí)器1周期中斷來(lái)調(diào)用OSTickISR()。定義模仿INT31中斷的宏，來(lái)跳轉(zhuǎn)到INT31

#define OS_TASK_SW() asm(" INTR 31")

在中斷向量表里的定義

.include f2407regs.h

.global _c_int0, _OSTickISR, RESET, _OSCtxSw,_GRIS5,_adint,_nothing

.asect "vectors",0

……

INT2 B _OSTickISR ; B _c_int2

……

INT31 B _OSCtxSw ; task switching service vector.