瑞萨SH7203平台上的uC/OS-II移植记录

系统配置:
IDE: HEW SuperH 9.1.1.0 for SH2A-FPU
CPU: Renesas SH2A/7261
OS: uC/OS-II  2.51
Memory: 64M SDRAM
Emluator: E10A-USB

本机系统时钟根据CPU定时器T0来配置，默认为每秒溢出20次，也就是每秒产生20个时钟节拍。

CPU说明：
SH7261属于SH2A系列微处理器，32位RISC，采用哈佛体系结构，5级流水线，内部包含一个高速缓存，一个浮点协处理器和16个用于快速中断响应的Register Bank。
内部最高时钟频率为120MHz , 总线频率为60MHz
寄存器包括：通用寄存器，系统寄存器，控制寄存器和浮点寄存器。本机未做浮点运算，故浮点寄存器将不作考虑。

uC/OS-II说明：
该实时操作系统内核为2.51版本。可由用户运行56个任务。具体功能参见《uC/OS-II》。

移植步骤：
1.建立编译环境。
  本系统将映像文件下载到SDRAM中进行调试。需要修改section段，并使用SH系列的命令行语句初始化总线控制器，以便将程序下载到SDRAM相应的map映像区。
2.修改中断向量表。
  本系统使用向量号为32的陷阱指令来进行任务切换，需要在中断向量表INT_Vectors中将INT_TRAPA32替换为OSCtxSw。另外，系统时钟使用8位定时器T0溢出中断，故需要将中断向量表中的INT_TMR0_OVI0替换为OSTickISR。
3.硬件初始化
在hwsetup.c文件中初始化时钟，总线控制器，定时器，Cache等CPU及片上I/O资源，以便为uC/OS-II建立运行环境。
4.编写os_cpu_c.c文件。
  根据CPU的体系结构，模拟中断发生后的栈状态。
  中断发生后，SR和PC先入栈。
  task()中的参数默认传递到R0
  如下：
// SH2A任务栈初始化
// 栈从高地址向低地址增长
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
    OS_STK *stk;
    opt    = opt;                          
    stk    = (OS_STK *)ptos;        
    *stk-- = 0;                /* SR  任务启动后允许中断(interrupt mask bits set to 0) */
    *stk-- = (OS_STK)task;              /* PC */
*stk-- = 0xeeeeeeee;                        /* R14 */  
*stk-- = 0xdddddddd;                        /* R13 */
*stk-- = 0xcccccccc;                        /* R12 */
    *stk-- = 0xbbbbbbbb;                        /* R11 */
    *stk-- = 0xaaaaaaaa;                        /* R10 */
    *stk-- = 0x99999999;                        /* R9 */
    *stk-- = 0x88888888;                        /* R8 */
    *stk-- = 0x77777777;                        /* R7 */
    *stk-- = 0x66666666;                        /* R6 */
    *stk-- = 0x55555555;                        /* R5 */
    *stk-- = 0x44444444;                        /* R4 */
    *stk-- = 0x33333333;                        /* R3 */
    *stk-- = 0x22222222;                        /* R2 */
    *stk-- = 0x11111111;                        /* R1 */
    *stk-- = (OS_STK)pdata;            /* R0 */
*stk-- = 0x11000000;                  // GBR
*stk-- = 0x22000000;                  // MACH
*stk-- = 0x33000000;                  // MACL
*stk = 0x44000000;                    // PR
    return ((OS_STK *)stk);
}

5.编写os_cpu.h文件。
  开中断和关中断使用set_imask()函数
  陷阱指令使用trapa()函数
  以上两个函数包含在系统头文件machine.h中
  另，还要申明用于os_cpu_a.src的四个汇编程序。为了防止Register Bank溢出，本系统将不使用Register Bank
  如下：
#pragma interrupt OSCtxSw//(resbank) // SH2A执行陷阱指令时不使用Register Bank
extern void OSCtxSw(void);          // 任务切换
#pragma interrupt OSTickISR//(resbank) // 该中断不使用Register Bank
extern void OSTickISR(void); // 定时器中断
extern void OSStartHighRdy(void);    // 开始任务
extern void OSIntCtxSw(void);        // 中断任务切换

6.编写os_cpu_a.src文件。
1) 压栈，出栈操作宏定义：
;R0 ~ Rn入栈
.MACRO PUSH Rn      
MOVML.L \Rn,@-SPR        ;将Rn~R0依入栈.  R0入栈后，SP = SP-4                          
.ENDM
;R0 ~ Rn出栈
.MACRO POP Rn   
MOVML.L @SPR+,\Rn    ;该指令执行完时，也就是Rn出栈后，(SP = SP + 4)?
.ENDM
;保存系统和控制寄存器
.MACRO PUSH_REG      
STC.L GBR,@-SPR      ;将控制寄存器送入stack
STS.L MACH,@-SPR      ;将系统寄存器送入stack
STS.L MACL,@-SPR
STS.L PR,@-SPR        ;SP始终指向栈顶元素  
.ENDM
;恢复系统和控制寄存器
.MACRO POP_REG      
LDS.L @SPR+,PR    ;恢复系统寄存器
LDS.L @SPR+,MACL
LDS.L @SPR+,MACH
LDC.L @SPR+,GBR  ;恢复控制寄存器
.ENDM

2)  OSStartHighRdy函数:
注意：子函数跳转指令JSR和中断返回指令RTE为delay branch指令，需要在后面插入一条单周期指令,以便在delay slot中填充CPU流水线。
;获得任务栈指针
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R2  
MOV.L @R2,R2              
MOV.L @R2,SPR         
POP_REG
POP R14
RTE
NOP

3)  任务切换OSCtxSw函数：
OSTaskSwHook函数可以不执行，以加快任务切换时间
PUSH R14
PUSH_REG
;保存当前任务SP
MOV.L #_OSTCBCur,R3
MOV.L @R3,R2   
MOV.L SPR,@R2        ;保存当前任务栈指针SP到OSTCBCur首地址
;执行用户程序
MOV.L #_OSTaskSwHook,R4
JSR @R4  
NOP              
;OSPrioCur = OSPrioHighRdy
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R0
MOV.B @R0,R0
MOV.L #_OSPrioCur,R1
MOV.B R0,@R1
;OSTCBCur = OSTCBHighRdy
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0
MOV.L @R0,R0
MOV.L #_OSTCBCur,R3
MOV.L R0,@R3      
;恢复新任务的SP
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R5
MOV.L @R5,R5
MOV.L @R5,SPR      
POP_REG
POP R14
  
RTE              
NOP

4) 中断级别的任务切换OSIntCtxSw:
OSTaskSwHook函数可不执行，以加快任务切换
注意栈顶的多余部分只有OSIntExit的返回地址,代码如下
;去掉栈顶多余单元
ADD #OFFSET,SPR          ;NOTE！
                            ;在HEW环境下，只有OSIntExit()的返回地址入栈
            ;OSIntCtxSw()的返回地址保存到PR
                        ;系统函数set_imask(15)将SR的值送入Rn,而不是入栈
;保存当前SP
MOV.L #_OSTCBCur,R7
MOV.L @R7,R7
MOV.L SPR,@R7
;执行用户自定义程序
MOV.L #_OSTaskSwHook,R0
JSR @R0                  
NOP
;OSTCBCur = OSTCBHighRdy
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0
MOV.L @R0,R0
MOV.L #_OSTCBCur,R3
MOV.L R0,@R3      
;OSPrioCur = OSPrioHighRdy
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R2
MOV.B @R2,R2
MOV.L #_OSPrioCur,R3
MOV.B R2,@R3
;恢复新任务SP
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R6
MOV.L @R6,R6
MOV.L @R6,SPR
POP_REG
POP R14
RTE
NOP

5)  系统时钟处理
定时器溢出标志位可清除也可不清除，反正T0就是一直计数-溢出-中断，不停循环
OSTickISR:
PUSH R14
PUSH_REG
;清除定时器溢出标志位
MOV.L #TCSR_0,R1
MOV.B @R1,R2
BCLR #5,R2
MOV.B R2,@R1
;进入中断，将嵌套数加1
MOV.L #_OSIntEnter,R5
JSR @R5
NOP
;时间节拍处理
MOV.L #_OSTimeTick,R5
JSR @R5
NOP
;中断退出处理
MOV.L #_OSIntExit,R5
JSR @R5
NOP
POP_REG
POP R14
RTE
NOP  

7.main()函数测试任务切换
本系统运行三个简单的任务，分别点亮3个LED。
分别将各个任务调度上锁和开锁，并将任务延迟一定的时间。
三个任务之间都能精确的切换，并且优先级最高的任务一直在运行。