μCOSII在Cortex-M3核ARM處理器上的移植

　　由于微處理器在進入中斷時按堆棧增長方向自動順序保存了如下8個寄存器：xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0，因此在程序中只須保存另外8個寄存器，保存順序可以隨意，但注意彈棧時要按照先進后出的方式進行。按照本文開頭的假定，任務(wù)總是運行在線程模式的特權(quán)方式下且總是使用堆棧指針PSP。而中斷產(chǎn)生后，中斷服務(wù)程序?qū)⑻幱谔幚砟Ｊ较拢⑶夷J使用的堆棧指針是MSP。因此在保存堆棧指針的時候需要保存的是當前任務(wù)的PSP。中斷返回前新任務(wù)的堆棧指針需要恢復(fù)到PSP中。中斷返回使用如下指令

　　MOVrO，#Oxfffffffd

　　BXr0

　　其中立即數(shù)#0xfffffffd包含了返回信息，用這兩條指令可以使中斷返回時使用任務(wù)堆棧指針PSP，返回后任務(wù)處于線程模式且使用任務(wù)堆棧指針PSP。

　　第三個匯編語言函數(shù)OSIntCtxSw與OSCtxSw類似。若任務(wù)執(zhí)行過程中產(chǎn)生了中斷，且中斷服務(wù)程序使得一個比當前被中斷的任務(wù)具有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒時，μCOS—II內(nèi)核就會在中斷返回之前調(diào)用函數(shù)OSIntCtxSw。在此函數(shù)中不需要像任務(wù)級任務(wù)切換函數(shù)那樣保存當前任務(wù)狀態(tài)，因為當前任務(wù)已經(jīng)被中斷，在進入中斷服務(wù)程序的時候任務(wù)狀態(tài)已被保存。其源代碼與函數(shù)OSctxSw中保存當前任務(wù)堆棧PSP指令以后部分相同，此處不再列出。

　　第4個匯編語言函數(shù)OSTickISR是系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的中斷服務(wù)函數(shù)。處理器STM32F103VBT6中有一個專用系統(tǒng)時鐘節(jié)拍定時器SysTick，本移植過程使用此定時器產(chǎn)生每100 ms一次的時鐘節(jié)拍中斷。此函數(shù)源代碼如下

　　3 程序開發(fā)模式討論

　　傳統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)模式稱為超循環(huán)模式，即通常主程序是由C語言中的for語句或while語句構(gòu)成的一個無限循環(huán)，程序在此循環(huán)中檢測事件的發(fā)生，從而轉(zhuǎn)向不同的任務(wù)。這種程序開發(fā)模式有兩個主要的不足之處。首先從程序維護和可靠性的角度來看，所有任務(wù)都需要程序開發(fā)人員來進行全局性的維護，當系統(tǒng)變得龐大和復(fù)雜時，任務(wù)的維護會變得非常麻煩，同時程序的可靠性也受到影響。其次，從任務(wù)級響應(yīng)時間來看，這個時間是不確定的，因為程序在循環(huán)體中檢測事件發(fā)生的位置是固定的，但事件的發(fā)生是隨機的，因此從事件發(fā)生到程序檢測到事件發(fā)生這段時間也是不確定的。

　　在基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)過程中，應(yīng)用程序開發(fā)人員只需關(guān)心各個任務(wù)本身，而任務(wù)調(diào)度由操作系統(tǒng)代勞。以下的例子說明了基于μCOS—II嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)模式

　　其中函數(shù)SysInit的作用是根據(jù)具體應(yīng)用對處理器芯片進行必要的初始化，例如對系統(tǒng)的時鐘分配以及通用輸入輸出端口配置。函數(shù)OSInit是μCOS—II操作系統(tǒng)的內(nèi)核初始化程序。第一個OSTaskCreate函數(shù)創(chuàng)建了任務(wù)Taskl，此任務(wù)的入口地址是Taskl，優(yōu)先級是0。第二個OSTaskCreate函數(shù)創(chuàng)建了任務(wù)Task2，此任務(wù)的入口地址是Task2，優(yōu)先級是1。函數(shù)OSTaskCrate還會將其創(chuàng)建的任務(wù)置于就緒態(tài)。文獻敘述了函數(shù)OSTa-skCreate的各個參數(shù)的含義。函數(shù)OSStart用于啟動多任務(wù)調(diào)度。OSTimeDly是μCOS—II內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，用于延時或定時，這里的參數(shù)5表示延時5個時鐘節(jié)拍。應(yīng)用程序開發(fā)人員需要做的就是通過調(diào)用μCOS—II內(nèi)核提供的任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate將編寫好的任務(wù)程序交給操作系統(tǒng)管理。

　　該例中在調(diào)用OSStart后，操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)任務(wù)Taskl的優(yōu)先級最高，于是操作系統(tǒng)就調(diào)度任務(wù)Taskl使其投入運行，而任務(wù)Task2暫時不能獲得處理器的使用權(quán)。任務(wù)Taskl首先點亮一個LED，然后延時一段時間，當運行到OSTimeDly處時，該任務(wù)被掛起而處于等待狀態(tài)，此時任務(wù)Task2成為優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)，于是操作系統(tǒng)調(diào)度Task2運行。當5個時鐘節(jié)拍的延時時間結(jié)束時，系統(tǒng)時間節(jié)拍中斷服務(wù)子程序會重新將任務(wù)Taskl置于就緒狀態(tài)，此時任務(wù)Taskl再一次成為優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)，于是操作系統(tǒng)保存任務(wù)Task2的狀態(tài)，并恢復(fù)任務(wù)Taskl的狀態(tài)使其又一次獲得處理器的使用權(quán)。此后程序執(zhí)行過程將重復(fù)上述步驟?？梢钥吹?，在這個例子中的現(xiàn)象是某個LED燈不停的閃爍。

　　μCOS—II操作系統(tǒng)內(nèi)核是實時可剝奪型的，這意味著在任務(wù)執(zhí)行過程中或中斷服務(wù)子程序中，一旦有一個新的更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，內(nèi)核將立刻調(diào)度此新任務(wù)運行，這說明響應(yīng)任務(wù)的時間是即刻的、確定的。

　　綜上所述，基于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)過程相對于以往傳統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)大為簡化而且任務(wù)級響應(yīng)時間也得到最優(yōu)化。

　　4 結(jié)束語

　　通過將移植過程中修改的μCOS—II內(nèi)核代碼與上述例子中的應(yīng)用程序代碼在μVision3集成開發(fā)環(huán)境中編輯整合后進行編譯、鏈接并且下載到目標硬件平臺進行長時間觀察，發(fā)現(xiàn)LED不停的閃爍，說明本移植過程是成功的。