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 C/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C/OS-II移植条件和内核基本结构。l 掌握将C/OS-II内核移植到ARM7处理器上的方法和步骤。 二、 实验原理1C/OS-II文件体系C/OS-II 的文件体系结构见图4-1，其中应用软件层是基于C/OS-II 上的代码。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C/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 C/OS-II文件体系结构2 C/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C/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C/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C/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13，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10Hz1000Hz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_StackSTACKSIZE=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_StackSTACKSIZE-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 LCDBufferII2LCDHEIGHTLCDWIDTH;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_StackSTACKSIZE= 0, ; /system task刷新任务堆栈#define SYS_Task_Prio1void SYS_Task(void *Id);*/OS_STK task1_StackSTACKSIZE=0, ; /Main_Test_Task堆栈void Task1(void *Id); /Main_Test_Task#define Task1_Prio 12OS_STK task2_StackSTACKSIZE=0, ; /test_Test_Task堆栈void Task2(void *Id); /test_Test_Task#define Task2_Prio 15OS_STK task3_StackSTACKSIZE=0, ; /test_Test_Task堆栈void Task3(void *Id); /test_Test_Task#define Task3_Prio 17OS_STK task4_StackSTACKSIZE=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_Prio1#define Touch_Screen_Task_Prio9#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 0extern U32 LCDBufferII2LCDHEIGHTLCDWIDTH;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) initialisationOSInit(); / needed by uC/OS-II / LCD_Init(); ac_key=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_StackSTACKSIZE-1, SYS_Task_Prio);OSTaskCreate(Task1, (void *)0, (OS_STK *)&task1_StackSTACKSIZE-1, Task1_Prio);OSTaskCreate(Task2, (void *)0, (OS_STK *)&task2_StackSTACKSIZE-1, Task2_Prio);OSTaskCreate(Task3, (void *)0, (OS_STK *)&task3_StackSTACKSIZE-1, Task3_Prio); OSTaskCreate(Task4, (void *)0, (OS_STK *)&task4_StackSTACKSIZE-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 task1n); display(0x000000f8); /显示红色 ac_key=1; OSTimeDly(300);void Task2(void *Id)for(;) if(ac_key=1)