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实时嵌入式操作系统μC/OS-II在MPC555上的移植

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了实时操作系统μC/OS-II的特点和内核结构,并首次实现了μC/OS-II在摩托罗拉处理器MPC555上的移植,介绍了移植后OS的应用方法。

    关键词:μC/OS-II MPC555 嵌入式操作系统 移植

μC/OS-II是一种占先式、多任务、移植性非常强的免费微控制器嵌入式实时操作系统,从1992年出现以来,已在照相机、发动机控制和工业机器人等多种领域中得到应用。它一方面相对GNU下Linux衍生出来的EOS更小巧且移植方便,实时性更好,更适合工业控制领域应用;另一方面由于是免费的,比使用VxWorks等商业实时EOS大大节省成本,非常适用于开发实用简约的嵌入式控制程序。

摩托罗拉的MPC555是建立在PowerPC体系结构上,采用RISC技术的一款高档、适用于精密控制的微控制器。其芯片内嵌增加了浮点单元的32位RCPU核心、26KB静态RAM、448KB片内Flash、一个QSMCM(串行通讯模块)、两个TouCAN模块、两个TPU、一个MIOS(模块化I/O系统)、两个QADC模块,工作频率达40MHz。另外芯片体积小,仅为2.5cm×2.5cm×0.5cm。所有这些特性使其特别适用于汽车等现场控制领域的嵌入式微控制系统。

μC/OS-II移植于MPC555上既有益于MPC和μC/OS-II在车用控制器上的应用,其成果也可以用于其他嵌入式工业控制领域。本次移植中,使用CodeWarrior for PPC 6.5编译调试环境。
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1 移植原理

μC/OS-II包括中断管理、任务管理、时间管理、任务之间通信管理和内存管理五方面功能。其结构共分三层,如图1。I层为与处理器相关的代码,在μC/OS-II的Intel 80x86版本上为OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM三个文件。该层完成系统时钟的设置、出入中断的管理和任务切换功能,为第II层提供接口。II层包括时间管理、任务调度管理、任务间的通信管理和内存管理四部分,是OS的主体部分,全部由ANSI C代码写成,与处理器无关,它为用户应用程序提供接口。III层是用户应用程序部分,μC/OS-II有中断和任务两个处理级别,用户可以建立自己的任务,编写必要的中断子程,在任务之间或任务与中断子程之间建立信号量、邮箱或消息队列完成控制器软件的编写。根据以上结构特点,在移植过程中,只需将I层代码针对MPC555的编程结构做相应改动,使其完成系统时钟设置、中断管理和任务切换功能即可。

在前后台系统中,提供一个CPU堆栈。发生中断时,将当前使用到的寄存器压入堆栈,保存现场,执行中断程序;中断程序完成后,从CPU堆栈中弹出寄存器的值,恢复现场。

在多任务系统μC/OS-II中不是这样。OS创建时,为每个任务建立并初始化一个堆栈。当发生中断或任务切换时,把当前任务运行现场保存起来,即将所有寄存器保存到该“旧”任务的堆栈中。当某个任务需要从就绪状态激活到运行状态时,OS又需将所有寄存器从该“新”任务的堆栈中弹出。这样,每个任务分时占用CPU。而对各任务来说,每次进入运行态时,CPU状态都与上次从运行态退出时完全一样。所以不再是使用一个CPU堆栈,而是多个任务将各自的运行现场保存到自己的堆栈中。

图2 MPC555下uC/OS-II的中断处理流程图

    另外,调用C函数时也会使用到堆栈,此时编译器会创建一个堆栈;在C函数返回时,将其释放。其大小因C函数使用到的变量和编译器的不同而不同。在移植时,能够正确创建、初始化、保存并恢复各个任务的堆栈,是确保OS任务切换和中断管理顺利完成的关键。

MPC555有32个32bit通用定点数寄存器,32个64bit浮点数寄存器,另有9个控制/状态寄存

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