μC／OS-II在SOPC中的硬件实现

本人在教学及科研实验中，对基于μC/OS-II的多任务系统在SOPC中的设计总结出了具体实现方法。经过实践验证，该方法简单、可靠，值得推广。

1 μC/OS实时操作系统

μC/OS-II是一个可移植、可裁剪、占先式、实时的多任务内核，主要有任务管理、时间管理、信号量管理、消息邮箱管理、列队管理、内存管理等。由于绝大部分代码都是用C语言编写的，只有极少部分与处理器密切相关的代码是用汇编语言编写的，用户只要做很少的工作就可以把它移植到各类8位、16位、32位处理器上。另外，μC/OS-II的构思巧妙，结构简单、精炼，可读性强，有足够的稳定性和安全性，具备了实时操作系统的全部功能，在嵌入式系统领域有着广泛的应用。

2 硬件设计

基于μC/OS-II的多任务系统在SOPC系统中的硬件实现与普通SOPC硬件设计相同，使用Quartus II创建设计工程，工程创建完成之后，创建顶层实体。创建完顶层设计文件后，使用SOPC Builder创建Nios II嵌入式处理器，添加、配置系统的外设IP，组成Nios II系统模块。Nios II系统模块设计完成之后要加入到该顶层实体中，然后进行其他片上逻辑的开发。系统整体开发流程如图1所示。


3 软件开发

利用Nios II IDE开发环境，使用C/C++语言编程设计。根据多任务系统的实际情况确定任务栈大小，并定义个任务栈;依照任务轻重缓急设定优先级，创建和编写各具体任务，最后调用OSSTat()启动MicroC/OS-II。具体开发流程如图2所示。


4 具体实现方法

本文涉及内容已在Nios development Board CycloneII(EP2C35)中实现。通过在Quartus II中使用SOPCBuilder建立一个Nios II最小系统，然后在Nios II IDE编写基于μC/OS-II实时操作系统的应用程序，同时运行3个任务，分别是LED跑马灯、步进电机运行控制、LCD16207显示字符。具体电路如图3所示。


结 语

该方案已经在具体项目中实现。如果组成多任务的单任务能够可靠运行，只要把Nios II IDE环境下的System Library设置成MicroC/OS-II，在源程序里加入μC/OS-II多任务的相关函数及必要的参数，把各个单任务程序整合到程序中，就可以在极短时间完成多任务的设计。若想开发成多任务专用集成电路(ASIC)，可以保持上述开发过程不变，使用Stratix FPGA系列芯片，在需要时，通过Altera的HardCopy设计中心将由FPGA构成的系统无缝移植为低成本、功能等价、引脚兼容的HardCopyII结构化的ASIC，是一个值得推广的成熟、高效的设计方案。