μCOS-II移植到ARM處理器上的幾個要點

uCOS II是一個源碼公開、可移植、可固化、可剪裁和搶占式的實時多任務操作系統，其大部分源碼是用ANSI C編寫，與處理器硬件相關的部分使用匯編語言編寫。總量約200行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，以便于移植到任何一種其它的CPU上。

uCOS II最多可支持56個任務，其內核為占先式，總是執行就緒態的優先級最高的任務，并支持Semaphore(信號量)、Mailbox (郵箱)、MessageQueue(消息隊列)等多種常用的進程間通信機制。與大多商用RTOS不同的是，uCOS II公開所有的源代碼。并可以免費獲得，只對商業應用收取少量License費用。

uCOS II移植跟OS_CUP_C.C、OS_CPU_A.S、OS_CPU.H 3個文件有關，中斷處理的移植占據了很大一部分內容。作為移植的一個重點，本文以標準中斷(IRQ)為例討論了移植中的中斷處理。

1uCOS II系統結構

uCOS II的軟硬件體系結構如圖1。應用程序處于整個系統的頂層。每個任務都可以認為自己獨占了CPU，因而可以設計成為一個無限循環。大部分代碼是使用ANSI C語言書寫的，因此uCOS II的可移植性較好。盡管如此，仍然需要使用C和匯編語言寫一些處理器相關的代碼。uCOS II的移植需要滿足以下要求：

1)處理器的C編譯器可以產生可重入代碼：可以使用C調用進入和退出Critical Code(臨界區代碼);

2)處理器必須支持硬件中斷，并且需要一個定時中斷源;

3)處理器需能容納一定數據的硬件堆棧;

4)處理器需有能在CPU寄存器與內存和堆棧交換數據的指令。

移植uCOS II的主要工作就是處理器和編譯器相關代碼以及BSP(Board Support Package)的編寫。uCOS II處理器無關的代碼提供uCOS II的系統服務，應用程序可以使用這些API函數進行內存管理、任務間通信以及創建、刪除任務等。

2uCOS II移植過程中需要注意的幾個問題

uCOS II移植的中斷處理跟ARM體系結構和uCOS II處理中斷的過程有關，必須注意這2個方面的問題才能高效移植。

2.1 ARM 處理器7種操作模式

用戶模式(USER MODE)是ARM 通常執行狀態，用于執行大多數應用程序;快速中斷模式(FIQ MODE)支持數據傳輸或通道處理;中斷模式(IRQ MODE)用于通用中斷處理;超級用戶模式(SVC MODE)是一種操作系統受保護的模式：數據中止模式(ABT MODE)指令預取指中止、數據中止時進入該模式;未定義模式(UND MODE)當執行未定義的指令時進入該模式;系統模式(SYS MODE)是操作系統一種特許的用戶模式。

除了用戶模式之外，其他模式都歸為特權模式，特權模式用于中斷服務、異常或者訪問受保護的資源。

特權模式中除系統模式之外另5種模式又稱為異常模式，在移植過程中必須設置中斷向量表來處理異常。uCOS II的移植主要處理標準中斷(IRQ)、快速中斷(FIQ)和軟件中斷(SWI)。

2.2 uCOS II中斷響應的過程

以IRQ中斷為例，假設CRPS中I_bit位為0，當有IRQ中斷時，CPU強制進入IRQ模式，當前的CPSR拷貝到SPSR_irq中，PC值保存在LR_irq中，置CPSR中的I位以關閉IRQ中斷。數據保存之后，CPU強行從0X00000018開始執行，PC值保存了OS_CPU_IRQ_ISR()的地址， 然后執行OS_CPU_IRQ_ISR()。在OS_CPU_IRQ_ISR()中OS_CPU_IRQ_ISR_Handler()被調用來檢測中斷源并執行中斷。OS_CPU_IRQ_ISR_Handler()返回以后，OS_CPU_IRQ_ISR()又調用OSIntExit()來確認是否有比ISR優先級更高的任務要執行。如果當前中斷任務仍然是優先級最高的任務，OSIntExit()返回，OS_CPU_IRQ_ISR()彈出中斷堆棧，如果優先級更高的任務需要執行，OSIntExit()調用OSIntCtxSw()執行優先級更高的任務。

2.3 uCOS II的臨界段代碼

uCOS II使用關中斷來保護臨界代碼。它定義了2個宏來開中斷(OS_EXIT_CRITICAL())，關中斷(OS_ENTER_CRITICAL())。OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()有3種方法來實現，uCOS II建議使用第3種方法可以保存當前處理器狀態的值。

3uCOS II移植過程中的中斷處理

uCOS II中斷處理跟CRT.S、OS_CPU_A.S和BSP.C有關，其移植過程主要有以下幾個步驟。

3.1 在CRT.S中設置中斷向量表

ARM的中斷向量表位于ROM 的最底部，其地址范圍為0X00000000～0X0000001C，設置如下：

VECTORS:LDR PC，RESET_ADDR

LDR PC，UNDEF_ADDR

LDR PC，SWI_ADDR

LDR PC，PABT_ADDR

LDR PC，DABT_ADDR

NOP

LDR PC，IRQ_ADDR

LDR PC，FIQ_ADDR

RESET_ADDR：。 WORD RESET_HANDLER

UNDEF_ADDR：.WORD UNDEF—HANDLER

SWI_ADDR：.WORD SWI HANDLER

PABT_ADDR：.WORD PABT_HANDLER

DABT_ADDR：.WORD DABT_ HANDLER

WORD 0

IRQ_ADDR：.WORD IRQ_HANDLER

FIQ_ADDR：.WORD FIQ HANDLER

UNDEF_HANDLER:B UNDEF_HANDLER

SWI_HANDLER： B SWI_HANDLER

PABT_HANDLER： B PABT_HANDLER

DABT_HANDLER： B DABT_HANDLER

IRQ_HANDLER： B OS_CPU_IRQ_ISR

FIQ_HANDLER： B OS_CPU_FIQ_ISR

這里設置了標準中斷異常(IRQ)和快速中斷異常(FIQ)的中斷入口，其余異常都設置為死循環，當發生這些異常的時候，必須使系統復位才能退出死循環。

3.2 移植中斷任務切換

中斷任務切換(OSIntCtxSw)和任務切換函數(OSCtxSw)比較相似，主要有以下幾步組成：

1)調用OSTask SwHook()

2)OSPrioCur=OSPrioHighRdy

3)OSTCBCur=OSTCBHighRdy

4)SP=OSTCBHighRdy-》OSTCBStkPtr

//獲取高優先級的任務堆棧指針

5)從高優先級的任務的堆棧中彈出高優先級的任務上下文

6)執行高優先級的任務

3.3 移植中斷服務程序

以IRQ中斷為例中斷服務程序(OS_CPU_IRQ_ISR)主要依據上面所描述的“uCOS II中斷響應的過程”編寫，其主要代碼如下：

……

LDR R0，OS_IntNesting

LDRB R1，[R0]

ADD R1，R1，#1

STRB R1，[R0]

CMP R1，#l

BNE OS_CPU_IRQ_ISR_1

LDR R4，OS_TCBCur