实验五-μCOS-II移植实验-昆明理工大学.doc

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（ 2011 —2012 学年 第 2 学期 ）
课程名称：嵌入式应用及基础 开课实验室：443 2014 年 5 月 27 日
年级、专业、班
物联网111
学号
201110410130
姓名
杨国锋
成绩

实验项目名称
实验五 μC/OS-II移植实验
指导教师
欧阳鑫
教师评语

该同学是否了解实验原理： A.了解□ B.基本了解□ C.不了解□
该同学的实验能力： A.强 □ B.中等 □ C.差 □
该同学的实验是否达到要求： A.达到□ B基本达到□ C.未达到□
实验报告是否规范： A.规范□ B.基本规范□ C.不规范□
实验过程是否详细记录： A.详细□ B.一般 □ C.没有 □

教师签名：
年 月 日
一、 实验目的
l 了解μC/OS-II移植条件和内核基本结构。
l 掌握将μC/OS-II内核移植到ARM7处理器上的方法和步骤。
二、 实验原理
1．μC/OS-II文件体系
μC/OS-II 的文件体系结构见图4-1，其中应用软件层是基于μC/OS-II 上的代码。μ
C/OS-II包括3个部分：
1）核心代码部分：这部分代码与处理器无关，包括7个源代码文件和1个头文件。它
们负责的功能是内核管理、事件管理、消息队列管理、存储管理、消息管理、信号量处理、
任务调度和定时管理。
2）设置代码部分：包括2个头文件，用来配置事件控制块的数目以及是否包含消息管
理相关代码等。
3）处理器相关的移植代码部分：包括1个头文件、1个汇编文件和1个C代码文件。
在μC/OS-II的移植过程中，用户所需关注的就是这部分文件。

图4-1 μC/OS-II文件体系结构
2． μC/OS-II移植条件1）处理器的C编译器能产生可重入代码。可重入代码指的是可以被多个任务同时调用，而不会破坏数据的一段代码；或者说代码具有在执行过程中打断后再次被调用的能力。
2） 用C语言就可以打开和关闭中断。 ARM处理器核包含一个CPSR寄存器。该寄存器包括一个全局中断禁止位，控制它打开和关闭中断。
3） 处理器支持中断并且能产生定时中断。 ARM处理器都支持中断并能产生定时中断。
4） 处理器支持容纳一定量数据的硬件堆栈。对于一些只有10根地址线的8位控制器，芯片最多可访问1KB存储单元。在这样的条件下移植是比较困难的。
5） 处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。
ARM处理器中汇编指令STMFD可以将所有寄存器压栈，对应也有一个出栈的指令
LDMFD。
三、 实验内容
移植μC/OS-II内核到ARM处理器S3C44B0，在IDE中观察其运行状况。
四、 实验步骤
1．基本的配置和定义所有需要完成的基本配置和定义全部集中在OS_CPU.H中。
1) 定义与编译器相关的数据类型μC/OS-II为保证可移植性，程序中没有直接使用int、unsigned int等定义，而是自己定义了一套数据类型。
2) 定义使能和禁止中断宏
3) 定义栈的增长方向用户规划好栈的增长方向后，定义符号OS_STK_GROWTH的值。
4) 定义OS_TASK_SW宏此宏是μC/OS-II从低优先级任务切换到高优先级任务时的调用，可采用两种方式定义：若处理器支持软中断，可使用软中断将中断向量指向OSCtxSW函数；也可直接调用OSCtxSW函数。
2．移植 OS_CPU_A.ASM汇编代码文件 OS_CPU_A.ASM汇编代码文件有4个汇编函数需要移植。
1) OSStartHighRdy（）该函数由OSStart（）调用。OSStart（）负责使就绪状态的任务开始运行，其中OSStartHighRdy（）负责获取新任务的堆栈指针，并从堆栈指针中恢复新任务的所有处理器。
2) OSCtxSw（）该函数由OS_TASK_SW宏调用。OS_TASK_SW宏由OSSched（）调用。OSSched（）负责任务之间的切换。OSCtxSw（）在OSSched（）中负责将当前任务对应的处理器寄存器保存到堆栈中，并将任务中需要恢复的处理器寄存器从堆栈中恢复出来。
3) OSIntCtxSw（）该函数由OSIntExit（）调用。OSIntExit（）由OSTickISR（）调用。OSIntCtxSw（）负责在定时中断中任务之间的切换。
4) OSTickISR（）时钟节拍函数，由定时中断产生，主要负责在进入时保存处理器寄存器，完成任务切换，退出时恢复寄存器并返回。
一、实验目的
在内核移植了uCOS-II 的处理器上创建任务。
二、实验内容
1）运行实验十，在超级终端上观察四个任务的切换。
2）任务1~3，每个控制“红”、“绿”、“蓝”一种颜色的显示，适当增加OSTimeDly()的时间，且优先级高的任务延时时间加长，以便看清三种颜色。
3）引入一个全局变量 BOOLEAN ac_key，解决完整刷屏问题。
4）任务4管理键盘和超级终端，当键盘有输入时在超级终端上显示相应的字符。
三、预备知识
1）掌握在 EWARM 集成开发环境中编写和调试程序的基本过程。
2）了解 ARM920T 处理器的结构。
3）了解 uCOS-II 系统结构。
四、实验设备及工具
1）2410s教学实验箱
2）ARM ADS1.2集成开发环境
3）用于ARM920T的JTAG仿真器
4）串口连接线
五、实验原理及说明
所谓移植，指的是一个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运行。虽然uCOS-II的大部分源代码是用C语言写成的，仍需要用C语言和汇编语言完成一些与处理器相关的代码。比如：uCOS-II在读写处理器、寄存器时只能通过汇编语言来实现。因为uCOS-II 在设计的时候就已经充分考虑了可移植性，所以，uCOS-II的移植还是比较容易的。
要使uCOS-II可以正常工作，处理器必须满足以下要求：
（1）处理器的C编译器能产生可重入代码
可重入的代码指的是一段代码（如一个函数）可以被多个任务同时调用，而不必担心会破坏数据。也就是说，可重入型函数在任何时候都可以被中断执行，过一段时间以后又可以继续运行，而不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调用，影响函数中的数据。
（2）在程序中可以打开或者关闭中断
在uCOS-II中，可以通过OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏来控制系统关闭或者打开中断。这需要处理器的支持,在ARM920T的处理器上，可以设置相应的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断。
3）处理器支持中断，并且能产生定时中断（通常在10Hz∼1000Hz之间）
uCOS-II是通过处理器产生的定时器的中断来实现多任务之间的调度的。在ARM920T的处理器上可以产生定时器中断。
（4）处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈。
（5）处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器存储和读出到堆栈（或者内存）的指令。
uCOS-II进行任务调度的时候，会把当前任务的CPU寄存器存放到此任务的堆栈中，然后，再从另一个任务的堆栈中恢复原来的工作寄存器，继续运行另一个任务。所以，寄存器的入栈和出栈是uCOS-II多任务调度的基础。
下图说明了 uC/OS 的结构以及它与硬件的关系

uCOS-II硬件和软件体系结构
2）uCOS-II在S3C2410X上的移植
（1）设置os_cpu.h中与处理器和编译器相关的代码
包括与编译相关的数据类型，用于实现开关中断的OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL两个函数，制定堆栈生长方式的OS_STX_GROWTH.
（2）用C语言编写6个操作系统相关的函数（OS_CPU_C.C）
OSTaskSTKInit堆栈结构初始化函数、OSTaskCreateHook该函数允许用户或使用移植实例的用户扩展uCOS-II功能、OSTaskDelHook任务删除时调用、OSTaskSWHook任务切换时调用、OSTaskStatHook统计功能扩展，OSTimeTickHook时钟节拍时会被调用。
（3）用汇编语言编写4个与处理器相关的函数（OS_CPU.ASM）
OSStartHighRdy运行优先级最高的就绪任务、OS_TASK_SW任务级的任务切换函数、OSIntCtxSw中断级的任务切换函数、OSTickISR时钟节拍中断。
（4）时钟节拍中断功能实现
多任务操作系统的任务调度是基于时钟节拍中断的，uCOS-II也需要处理器提供一个定时器中断来产生节拍，借以实现时间的延时和期满功能。但在本系统移植uCOS-II时，时钟节拍中断的服务函数并非uCOS-II文献中提到的OSTickISR()，而直接是C 语言编写的OSTimeTick()。本系统uCOS-II 移植时占用的时钟资源是TIMER1。
在平台初始化函数ARMTargetInit()中，调用uHALr_InitTimers()函数初始化TIMER4相关寄存器；调用uHALr_InstallSystemTimer(void)开始系统时钟，其中通过语句SetISR_Interrupt(IRQ_TIMER4, TimerTickHandle, NULL)将TimerTickHandle函数设置为TIMER4 的中断服务函数。这些函数在文件UHAL.C 以及ISR.C中。
程序中必须在开始多任务调度之后再允许时钟节拍中断，即在OSStart()调用过后，uCOS-II运行的第一个任务中启动节拍中断。如果在调用OSStart()启动多任务调度之前就启动时钟节拍中断，uCOS-II运行状态可能不确定而导致崩溃。
本系统是在系统任务SYS_Task中调用uHALr_InstallSystemTimer()函数设置TIMER4的IRQ中断的，从而启动时钟节拍。SYS_Task()在文件OSAddTask.C中定义，用户不必创建。
（5）硬件初始化和配置文件
STARTUP目录下的文件还包括中断处理，时钟，串口通信等基本功能函数。在文件main.c 中给出了应用程序的基本框架，包括初始化和多任务的创建，启动等。
任务创建方法如下：
A、在程序开头定义任务堆栈，任务函数声明和任务优先级：
OS_STK TaskName_Stack[STACKSIZE]={0, }; //任务堆栈
void TaskName(void *Id); //任务函数
#define TaskName_Prio N //任务优先级
B、在main()函数中调用OSStart()函数之前用下列语句创建任务：
OSTaskCreate(TaskName,(void*)0,(OS_STK*)&TaskName_Stack[STACKSIZE-1],TaskName_Prio);
OSTaskCreate()函数的原型是：INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT8U prio);
需要将任务函数TaskName，任务堆栈TaskName_Stack，任务优先级TaskName_Prio三个参数传给OSTaskCreate()函数。根据任务函数的内容决定堆栈大小，宏STACKSIZE定义为4KB，可以在此基数上乘倍。任务优先级越高，TaskName_Prio值越小；uCOS-II可以管理64个任务，由OSInit()创建的空闲任务的优先级最低为63；uCOS-II保留4个最高和4个最低优先级用户任务可以使用其余56个优先级值。
C、编写任务函数内容：
void TaskName(void *Id)
{
//添入任务初始化语句
for(;;)
{ //添入任务循环内容
OSTimeDly(SusPendTime);//挂起一定时间，以使其他任务可以占用CPU
}
}
uCOS-II至少要有一个任务，这里已经创建一个系统任务SYS_Task，启动系统时钟和多任务切换。为了验证uCOS-II多任务切换的进行，再编写两个简单的任务，分别在超级终端上输出。
（6）以上任务完成后便可以编译并移植uCOS-II
六、实验步骤
1）将LCD320.H 和src目录下的LCD640.C拷到 模板下的相应目录，将LCD640.C加入工程中。
2）包含以下头文件 #include “inc/lcd320.h”。
3）改LCD640.C 文件中包含头文件的路径 。 #include "../inc/drv/reg2410.h" 4）声明引用的变量 extern U32 LCDBufferII2[LCDHEIGHT][LCDWIDTH];
七、主程序
#include"../ucos-ii/includes.h" /* uC/OS interface */
#include "../ucos-ii/add/osaddition.h"
#include "../inc/drivers.h"
#include "../inc/sys/lib.h"
#include "../src/gui/gui.h"
#include
#include
#include "..//inc/lcd320.h"
//#pragma import(__use_no_semihosting_swi) // ensure no functions that use semihosting
OS_EVENT *MboxSem;
///***********任务定义***************///
/*OS_STK SYS_Task_Stack[STACKSIZE]= {0, }; //system task刷新任务堆栈
#define SYS_Task_Prio 1
void SYS_Task(void *Id);*/
OS_STK task1_Stack[STACKSIZE]={0, }; //Main_Test_Task堆栈
void Task1(void *Id); //Main_Test_Task
#define Task1_Prio 12
OS_STK task2_Stack[STACKSIZE]={0, }; //test_Test_Task堆栈
void Task2(void *Id); //test_Test_Task
#define Task2_Prio 15
OS_STK task3_Stack[STACKSIZE]={0, }; //test_Test_Task堆栈
void Task3(void *Id); //test_Test_Task
#define Task3_Prio 17
OS_STK task4_Stack[STACKSIZE]={0, } //test_Test_Task堆栈
void Task4(void *Id); //test_Test_Task
#define Task4_Prio 11
/**************已经定义的OS任务*************
#define SYS_Task_Prio 1
#define Touch_Screen_Task_Prio 9
#define Main_Task_Prio 12
#define Key_Scan_Task_Prio 58
#define Lcd_Fresh_prio 59
#define Led_Flash_Prio 60
***************************************/////////
#define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000010)
#define RdURXH0() (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0x50000020)=(unsigned char)(ch)
#define RdURXH0() (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
#define TRUE 1
#define FALSE 0
extern U32 LCDBufferII2[LCDHEIGHT][LCDWIDTH];
BOOLEAN ac_key;
char *c,err=0;
///*****************事件定义*****************///
void display(U32 jcolor);
void Uart_SendByten(U8);
char Uart_Getchn(char* Revdata, int timeout);
/////////////////////////////////////////////////////
// Main function. //
int main(void)
{
ARMTargetInit(); // do target (uHAL based ARM system) initialisation OSInit(); // needed by uC/OS-II //
LCD_Init();
ackey=1;
//OSInitUart();
//initOSMessage();
//initOSDC();
//LoadFont();
//#endif
//loadsystemParam();
// create the tasks in uC/OS and assign increasing //
// the pipeline has the highest priority. //
//LCD_printf("Create task on uCOS-II...\n");
//OSTaskCreate(SYS_Task,(void*)0,(OS_STK*)&SYS_Task_Stack[STACKSIZE-1], SYS_Task_Prio);
OSTaskCreate(Task1, (void *)0, (OS_STK *)&task1_Stack[STACKSIZE-1], Task1_Prio);
OSTaskCreate(Task2, (void *)0, (OS_STK *)&task2_Stack[STACKSIZE-1], Task2_Prio);
OSTaskCreate(Task3, (void *)0, (OS_STK *)&task3_Stack[STACKSIZE-1] Task3_Prio);
OSTaskCreate(Task4, (void *)0, (OS_STK *)&task4_Stack[STACKSIZE-1], Task4_Prio);
OSAddTask_Init(0);
BSPprintf(0,"Starting uCOS-II...\n");
//LCD_printf("Starting uCOS-II...\n");
//LCD_printf("Entering graph mode...\n");
//LCD_ChangeMode(DspGraMode);
OSStart(); // start the OS //
// never reached //
return 0;
}//main
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void Task1(void *Id)
{
for(;;){
if(ac_key==1)
{ ac_key=0;
BSPprintf(0,"run task1\n");
display(0x000000f8); //显示红色
ac_key=1;
}
OSTimeDly(300);
}
}
void Task2(void *Id)
{
for(;;){
if(ac_key==1)
{
ac_key=0;
BSPprintf(0,"run task2\n");
display(0x0000fc00);//显示绿色
ac_key=1;
}
OSTimeDly(1000);
}
}
void Task3(void *Id)
{
for(;;){
if(ac_key==1)
{
ac_key=0;
BSPprintf(0,"run task3\n");
display(0x00f80000);//显示蓝色
ac_key=1;
}
OSTimeDly(7000);
}
}
void Task4(void *Id)
{
for(;;){
err=Uart_Getchn(c,0);
if (err==TRUE&&*c!=0x0d)
Uart_SendByten(*c);
else if(err==TRUE)
{
Uart_SendByten(0xa);
Uart_SendByten(0xd);
}
OSTimeDly(300);
}
}
void display(U32 jcolor)
{
int i,j;
for(i=0;i) LCDBufferII2[i][j]=jcolor;
LCD_Refresh() ;
}
void Uart_SendByten(U8 data)//ok eric rong
{ //int i;
while(!(rUTRSTAT0 & 0x4)); //Wait until THR is empty.
hudelay(10);
WrUTXH0(data);
}
char Uart_Getchn(char* Revdata, int timeout)
{
if(!(rUTRSTAT0 & 0x1)) return FALSE; //Receive data read
else {
*Revdata=RdURXH0();
return TRUE;
}
}
如何提高键盘的响应速度？
答：1.可以采用中断响应的方式。即有键盘输入时，引发中断响应，在中断处理程序中实现在超级终端上答应相应的字符。2.将键盘应答的任务的优先级设定的尽可能的高。