嵌入式实时操作系统μC／OS-II在LPC2378上的移植及应用

0 引言

目前，市场以及院校科研用嵌入式系统产品，如Vxworks，Linux和Windows CE等都已经相当成熟，提供了有力的开发和调试工具，但有些开发成本昂贵，周期较长，而μC／OS-Ⅱ是一种多任务实时源代码的公开操作系统，内核精简，移植性较强，非常适合用于一些小型控制和实验系统的开发。

1 操作系统及CPU介绍

μC／OS-Ⅱ是基于优先级的占先式实时多任务操作系统，包含有任务管理、时间管理、任务间同步通信(信号量，邮箱，消息队列)和内存管理等功能。绝大部分代码用C语言写成，极少部分与处理器密切相关的代码用汇编语言编写，便于移植。作为一个源代码公开的实时操作系统，最多可以管理64个任务，并支持信号量、邮箱、消息队列等多种进程间的通信机制，同时用户可以根据需求对内核中的功能模块进行裁剪。

LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S内核的嵌入式精简指令集微控制器，包含了1个支持仿真的ARM7TDMI-SCPU，适用于为了各种目的而需要进行串行通信的应用。该体系机构支持用户、软中断、中断、管理、中止、未定义、系统等7种处理器模式，ARM7TDMI-S处理器内部有31个通用32位寄存器，6个状态寄存器。LPC2378包含了1个10／100 EthernetMAC，USB 2．0全速接口，4个UART接口，2路CAN通道，1个SPI接口，2个同步串行端口(SSP)，3个I2C接口，1个I2S接口和MiniBus(MiniBus仅用于LPC2378，它是8位数据／16位地址并行的总线)。下面以μC／OS-Ⅱ在工业级芯片LPC2378上的移植为例，通过分析操作系统内核来介绍μC／OS-Ⅱ操作系统移植的一般方法和过程及相关问题的解决。

2 μC／OS-Ⅱ内核结构及工作原理

2．1 内核基本结构

图1是接近μC／OS-Ⅱ的简单内核体系结构图，内核保留给上层应用的接口有3个，分别是软保护、ITC和DSR。由于μC／OS-Ⅱ操作系统内核是可剥夺型实时多任务内核，因此最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的使用权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，则中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的任务开始运行。

2．2 μC／OS-Ⅱ内核基本工作原理

多任务系统中，操作系统内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU，并且负责各任务之间的通信和协同，任务切换是内核提供的基本服务。μC／OS-Ⅱ多任务操作系统的基本工作原理如下：

　　(1)在使用μC／OS-Ⅱ的所有服务之前，必须调用初始化函数OSInit()，初始化所有的变量和数据结构，同时创建空闲任务OSTaskIdle()，并赋予最低的优先级别和永远的就绪态，同时完成任务控制块(TCB)的初始化、TCB优先级表的初始化、TCB链表的初始化和事件控制块(ECB)链表的初始化。

　　(2)调用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()创建至少一个新任务，并给任务赋予一定的优先级，而且它们有各自的一套CPU寄存器和自己的栈空间。

　　(3)调用OSSTART()函数，通过从任务就绪表中找出用户建立的优先级别最高的任务控制块，然后开始多任务调度。

3 μC／OS-Ⅱ在LPC2378上的移植过程及相关问题分析

现以LPC2378微控制器上的移植为例，分析μC／OS-Ⅱ操作系统移植的一般方法，所采用的开发环境为ARM公司的集成开发环境ADS1．2。

3．1 移植代码

(1)μC／OS-Ⅱ与CPU类型无关的代码有μC／OS-Ⅱ．H，μC／OS-Ⅱ．C，OS_CORE．C，OS_TASK．C，OS_TIME．C，OS_SEM．C，OS_MBOX．-C，OS_MUTEX．C，OS_FLAG．C，也就是说这些文件可以不用修改就直接添加。

(2)μC／OS-Ⅱ与CPU类型有关的代码有OSCPU．H，OS_CPU_A．ASM，OS_CPU_C．C，也就是说用户需要根据所选CPU的类型将这些函数进行修改后才能添加入内核。

3．2 OS_CPU．H文件的定义与修改

OS_CPU．H文件定义了与编译器及CPU相关的数据类型、堆栈的宽度和增长方式以及开关中断的宏定义。由于微处理器和微控制器所支持的堆栈增长方式不同，这里需要根据所选芯片LPC2378支持的类型对宏OS_STK_GRWOTH进行定义，由于ARM7 TD-MI-S内核堆栈支持从上往下的生长方式，所以应做如下定义：

#define OS_STK_GROWTH 1 ／／堆栈是从上往下长的

OS_CPU．H文件中另外3个宏OS_CRITICAL_METHOD，OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()用于定义开关中断的方式及开关中断的实现。通过调用开关中断2个宏来保护临界代码如下：

3．3 OS_CPU_C．C文件中主要函数的定义及编写

OS_CPU_C．C中要求用户编写10个简单的函数：

结合要移植的CPU内核的硬件和寄存器特性，简要对任务堆栈初始化函数进行分析和创建：

其他9个函数必须声明，但并不一定包含任务代码。

3．4 μC／OS-Ⅱ的移植

μC／O