嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在DSP上的移植

　　μC/OS-Ⅱ内核是一个强占式优先级调度的系统，能管理63个任务，支持旗语、信号量、互斥信号量、队列和消息邮箱，是一个是典型的嵌入式实时操作系统。它最早由Jean J. Labrosse创作，源码完全公开，已有众多应用范例，可靠性能得到保证，内核小，移植性好。TI的C2000系列DSP处理器 TMS320LF2407A片内集成16路10位AD，4个通用定时器，8个16位PWM通道，4个CAP捕获单元，41路I/O通道，以及SPI、 RS232、CAN等通信接口，丰富的片内资源，使得控制器不需任何扩展就能满足所有的功能要求，且冗余很少。

　　DSP处理器在数学运算方面的优势也为智能化过程所需的数据处理提供了支持。TMS320LF2407A指令采用4级流水线操作，最高能以40M的系统时钟工作，再加上合适的RTOS的调度，完全能保证系统的实时性。其开发系统TMS320C2XX Code Composer Studio满足μC/OS-Ⅱ的移植条件，因此，它是嵌入式计算机控制系统主控制芯片的一个较好选择。笔者在设计基于CAN的工程机械嵌入式智能显示仪时，选用2407A做主控制芯片，软件方面，将实时内核μC/OS-Ⅱ移植到该DSP 控制器TMS320LF2407A上，而应用程序是在μC/OS-Ⅱ内核基础上的一系列任务。

　　1. μC/OS-Ⅱ的移植

　　由于μC/OS-Ⅱ在设计时就已经充分考虑了可移植性，所以μC/OS-Ⅱ的移植相对来说比较容易。移植工作包括以下几个内容：（1）用#define设置一个常量的值(OS_CPU.H)（2）声明10个数据类型(OS_CPU.H)（3）用#define声明三个宏 (OS_CPU.H)（4）用C语言编写六个简单的函数(OS_CPU_C.C)（5）编写四个汇编语言函数(OS_CPU_A.ASM)；即μC/OS-Ⅱ的移植要修改3个文件OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM。其中汇编语言文件OS_CPU_A.ASM是可选择的，因为某些C编译器允许用户在C语言中插入汇编语言，所以用户可以将所需的汇编语言代码直接放到OS_CPU_C.C中。CCS的C编译器允许在 C语言中嵌入汇编语言，但是由于这种方式破坏了C语言的完整性，因此只提倡在程序开始系统初始化部分少量采用。而在C语言中嵌入实现某一完整功能的多句汇编语言时，就不提倡采用这种方法。所以，移植中还是对OS_CPU_A.ASM做了修改。

　　2. 编写移植代码

　　移植μC/OS-Ⅱ的主要工作是声明与硬件相关的数据类型，定义与中断有关的宏定义，定义堆栈增长方向宏定义，编写堆栈初始化函数，HOOK接口函数，任务级上下文切换函数，中断级上下文切换函数以及系统时钟定时服务函数等。

　　2.1 移植OS_CPU.H文件

　　(1)一个常量值。OSInit需要知道当OS_TaskIdle() 和OS_TaskStat( ) 函数建立任务时，堆栈的顶端地址在哪里；其次调用OSTaskStkChk( )时，μC/OS-Ⅱ需要知道堆栈的底端地址在哪里。所以需要指明堆栈的增长方向。绝大多数微处理器和微控制器的堆栈是从上往下递减的，但是也有某些处理器使用的是相反的方式。TMS320LF2407A的堆栈方向是从下往上增长的，所以： #define OS_STK_GROWTH 0;// 堆栈方向是从下往上增长

　　(2) 声明数据类型。μC/OS-Ⅱ考虑到通用性，在内核中使用了自定义数据类型，与编译器无关，这就要求移植时必须定义微处理器的数据类型与μC/OS-Ⅱ的数据类型相一致，保证移植后的μC/OS-Ⅱ在微处理器平台上运行，在移植中应将其声明为CCS编译器可识别的类型。这可以由OS_CPU.h头文件实现，程序如下所示。

　　typedef unsigned char BOOLEAN;/*定义ucos里的boolean为unsigned char*/

　　typedef unsigned char INT8U; /*定义ucos里的INT8U为unsigned char*/

　　typedef signed char INT8S; /*定义ucos里的INT8S为signed char*/

　　typedef unsigned int INT16U; /*定义ucos里的INT16U为unsigned int*/

　　typedef signed int INT16S; /*定义ucos里的INT16S为signed int*/

　　typedef unsigned long INT32U; /*定义ucos里的INT32U为unsigned long*/

　　typedef signed long INT32S; /*定义ucos里的INT32S为signed long */

　　typedef float FP; /*定义ucos里的FP为float*/

　　#define OS_STK INT16U /*堆栈入口宽度为16位*/

　　由于系统没有用到OS_CPU_SR类型数据，所以没有定义此数据类型。

　　（3）3个宏定义。μC/OS-Ⅱ在内核中通过禁止中断来保护临界区，因此，需要在C语言中插入禁止和允许中断的汇编代码，DSP里用SETC INTM来屏蔽中断，用CLRC INTM来使能中断。所以移植代码定义了下面两条宏定义：

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

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

　　μC/OS-Ⅱ定义了三种保护临界区的方式，此移植版本采用的是最简单的第一种方法。此种方法就要求中断关闭的情况下不能调用μC/OS-Ⅱ的功能函数。这对于应用来说是可以接受的，所以就选择了此种模式。TMS320LF2407A支持多种中断方式，包括可屏蔽硬中断INT1～INT6，不可屏蔽硬中断RESET和NMI_VECT，不可屏蔽软中断INT8～INT16和INT20～INT31以及中断陷阱TRAP。因此使用INT31软中断来调用OSCtxSw()来从任务堆栈中恢复处理器所用的寄存器。用INT2的定时器1周期中断来调用OSTickISR()。定义模仿INT31中断的宏，来跳转到INT31

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

　　在中断向量表里的定义

　　.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.

　　2.2 移植OS_CPU_C.H文件

　　μC/OS-Ⅱ的移植范例要求编写10个简单的C函数，但是真正必要的函数是OSTaskStkInit()，其他9个函数必须申明，但并不一定要包含任何代码。OSTaskStkInit()主要是对任务堆栈的初始化。TMS320LF2407A的堆栈与一般微处理器的堆栈不同，一般微处理器的堆栈由编程定义一块内存作为堆栈比较灵活，而TMS320LF2407A的堆栈，是在CPU内有8级深度的硬件堆栈，因此任务堆栈的初始化与一般微处理器的堆栈初始化不同。芯片本身的堆栈（以下简称US）只有8级，无法作为系统的堆栈使用，所以CCS编译器将CPU内部的两个寄存器AR0和AR1保留，AR1作为堆栈指针，AR0用作堆栈中临时变量指针FP。编译器将函数或中断压进US的返回地址，弹出放在SP（AR1）指向的堆栈中，并保存CPU 的工作环境，不同的是函数只保存程序要用到的寄存器，中断要调用I$$SAVE子程序，保存CPU所有的寄存器，返回时调用I$$REST子程序，恢复 I$$SAVE和I$$REST两个函数是μC/OS-Ⅱ操作系统移植到TMS320LF2407A上的基础，一定要很清楚后才能够成功移植 OSTaskStkInit()函数。