嵌入式实时操作系统μC/OS-II在STM32处理器移植

leixiaofeng

下载代码stm32标准外设库是stm32全系列芯片的外设驱动，有了它可以大大加速我们开发stm32。首先从st公司的网站下载最新的stm32标准外设库，写本文时最新的版本是V3.5.0。解压该zip文件，得到如下文件夹和文件STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\_htmrescLibrariesProjectUtilitiesRelease_Notes.htmlstm32f10x_stdperiph_lib_um.chm其中Libraries包含库的源代码，Project包含stm32各个外设的使用范例和一个工程模板,Utilities是使用st公司评估板的例子，stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm教我们怎么用标准外设库。工程目录结构既然准备使用32位单片机，应该是个不小项目，因此工程目录也应该做个规划。这里我推荐一下我所使用的目录结构。假设工程名字叫template，建一个名为template的文件夹，该目录下有个3个固定文件夹doc，src，include，doc用来存放工程相关的资料文件，src放源代码，在src下每个功能模块一个文件夹，include放各个模块都要使用的公共头文件。output放编译输出文件，内含两个子文件夹obj和list。template\docsrcincludeoutput\obj \list整理库代码由于Libraries下的CMSIS文件夹中很多代码是和编译器及芯片相关的，导致文件夹多且深度大，不利于工程维护，实际上一个项目往往是用固定的编译器和芯片，因此有必要对库进行整理。在src下建立libstm32目录1. 把Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\下的内容拷贝到libstm32目录下2. 在libstm32目录下建立cmsis文件夹，把Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport\下的core_cm3.c，core_cm3.h；Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\下的stm32f10x.h，system_stm32f10x.c，system_stm32f10x.h拷贝到cmsis文件夹中。3. 根据你所选的芯片类型，将Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm\下对应的启动文件拷贝到cmsis文件夹中。这里我拷贝的是startup_stm32f10x_hd.s（大容量型stm32芯片的启动文件）。下面对该库文件做个简单介绍：Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\下的内容很好理解就是stm32的各个外设模块驱动代码。misc.h和misc.c是和CM3内核有关的NVIC和SysTick的驱动代码。Libraries\CMSIS下是什么呢？cmsis英文全称:Cortex Microcontroller Software Interface Standard，是Cortex系列处理器硬件抽象层，可以理解为cortex内核的软件接口。core_cm3.c, core_cm3.h它们的目录名为CoreSupport，说明这两个文件是CM3内核支撑文件，其他使用CM3内核的芯片也可以用，不一定是stm32。这两个文件用来获取设置CM3内核，配置一些内核寄存器。stm32f10x.h, system_stm32f10x.c, system_stm32f10x.h和startup_stm32f10x_hd.s在DeviceSupport目录下，说明这几个文件是和具体的芯片有关的，也就是stm32芯片的支撑文件。其中stm32f10x.h是标准外设库的入口，使用标准外设库的代码中必须包含该头文件。system_stm32f10x.c, system_stm32f10x.h这两个文件提供函数用来初始化stm32芯片，配置PLL、系统时钟和内置flash接口。startup_stm32f10x_hd.s是大容量型stm32芯片的启动文件。建立工程使用keil MDK（我使用4.12版）在template目录下建立工程，工程名为template。选一个stm32系列的芯片，哪一个都无所谓（我选的是STM32F101RC，因为我的板子就是用这个芯片），接下来要注意的是当弹出是否拷贝启动代码到工程文件夹时要选No，因为标准外设库里已经有启动代码了。将UV4中project window里的顶层目录名改为template，并将第一个group名改为libstm32。把libstm32目录下所有.c和.s文件加载到工程里的libstm32。在src下建立一个init目录用来放置系统初始化代码。把Project\STM32F10x_StdPeriph_Template\下的stm32f10x_it.c拷贝到init文件夹中，stm32f10x_it.h，stm32f10x_conf.h拷贝到include文件夹中。stm32f10x_it.c，stm32f10x_it.h是中断服务程序文件。stm32f10x_conf.h是标准外设库的配置文件，对于工程中不需要的外设，可以注释掉里面的包含的头文件。这里我建议先仅留下stm32f10x_gpio.h，stm32f10x_rcc.h，misc.h，用到什么再打开什么，这样编译起来快一点，当然也可都留着。使用stm32标准外设库事实上，stm32标准外设库的使用在stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm中的How to use the Library一节中已有说明，下面我把其中的步骤罗列一下：1. 根据所选芯片，把Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm中的启动代码加到工程中，这一步在上面已经做过了。2. 在stm32f10x.h的66-73行，根据所选芯片类型，去掉相应注释，这里我去掉STM32F10X_HD行的注释（大容量型stm32芯片）。3. 去掉105行的USE_STDPERIPH_DRIVER注释，启用stm32标准外设库。4. 在system_stm32f10x.c的110-115行，根据所选芯片主频，去掉相应注释，默认SYSCLK_FREQ_72MHz注释已去掉，如果你的芯片主频是72MHz，就不用做修改了，这里我的芯片是36MHz，注释SYSCLK_FREQ_72MHz，去掉SYSCLK_FREQ_36MHz注释。跑马灯程序现在可以使用stm32标准外设库了，下面以一个简单的跑马灯程序说明。在init目录下建立main.c作为系统入口。在src下建立一个bsp目录用来放置板级支持代码，建立led.c，led.h。代码如下：led.h#ifndef _LED_H_#define _LED_H_#include <stdint.h>#define LED_0 0#define LED_1 1#define LED_2 2void led_init(void);void led_on(uint32_t n);void led_off(uint32_t n);#endifled.c#include "stm32f10x.h"#include "led.h"void led_init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);}void led_on(uint32_t n) {switch (n) {case LED_0:GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);break;case LED_1:GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);break;case LED_2:GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8);break;default:break;}}void led_off(uint32_t n){switch (n) {case LED_0:GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);break;case LED_1:GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);break;case LED_2:GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8);break;default:break;}}main.c#include "led.h"static void delay(uint32_t ms){uint32_t count = 8000;while (ms--) {while (count--);count = 8000;}}int main(void){led_init();for (;;) {led_on(LED_0);led_off(LED_1);led_off(LED_2);delay(1000);led_off(LED_0);led_on(LED_1);led_off(LED_2);delay(1000);led_off(LED_0);led_off(LED_1);led_on(LED_2);delay(1000);}}在project中建立init，bsp组，并将各种代码加入。在工程的Options中，c/c++选项卡的Include Paths中添加.\include; .\src\libstm32\cmsis; .\src\libstm32\inc;.\src\bsp;。Output选项卡Select Folder for Objects中选.\output\obj。Listing选项卡Select Folder for Listings中选.\output\list。Debug选项卡选use ULINK Cortex Debugger, Run to main()打钩，这一步大家可以根据自己手上的仿真器做不同选择。编译运行。ucosii在stm32上的移植详解虽然目前网上已经有不少关于ucosii在stm32上的移植版本，包括micrium也有官方移植版本。但这些版本具体是怎么移植出来的，又该怎么基于移植好的ucosii开发应用软件，网上介绍的并不多。这里介绍一下我的移植经历，希望对大家有所帮助。我的移植基本上是从零开始的。首先想要做好移植，有两方面的内容是必须要了解。1.目标芯片；2.ucosii内核原理。虽然我们移植的目标芯片是stm32，但操作系统的移植基本是针对Cortex-M3内核（以下简称CM3）而言的，所以我们只需了解CM3内核就好了。stm32芯片就是CM3内核加上各种各样的外设。怎么才能了解CM3呢？看一本书<<ARM Cortex-M3权威指南>>（宋岩译，网上多的很）就好了，很多同学可能想，看完这本书移植的新鲜劲都没了，因此我把该书和移植有关的章节都列了出来，并对其中的重点内容进行介绍，我数了数相关章节还不到100页，就这点内容，总要看了吧。相关章节如下：chapter2 Cortex-M3概览2.1 - 2.9主要了解Cortex-M3的概貌。刚开始看时不用追求全部理解，后面会有详细介绍，很多内容多看几遍就明白。其中2.8 指令集，只要了解，CM3只使用thumb2就ok了。chapter3 Cortex-M3基础3.1 寄存器组 R0-R12: 通用寄存器R13: 堆栈寄存器有两个，MSP和PSP，同时只能看见一个引用R13时，引用的是正在使用的那个MSP：可用于异常服务和应用程序PSP：只能用于应用程序系统复位后，用的堆栈指针是MSP。R14: 连接寄存器，又名LR，存储返回地址R15: 程序计数寄存器，又名PC3.2 特殊功能寄存器程序状态字寄存器组（PSRs）中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）控制寄存器（CONTROL）程序状态字寄存器组（PSRs）分为应用程序 PSR（APSR）中断号 PSR（IPSR）执行 PSR（EPSR）每个都是32位，由于这3个寄存器有效位是错开的，因此可以组合访问。中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI），这三个寄存器用于控制异常的使能和除能。控制寄存器（CONTROL）它有两个作用：1.定义特权级别2.选择当前使用哪个堆栈指针3.3 操作模式和特权极别操作模式: 处理者模式和线程模式异常处理：处理者模式主程序：线程模式ucosii不区分特权级和用户级，程序始终工作在特权级这两个堆栈指针的切换是全自动的，就在出入异常服务例程时由硬件处理。3.4 - 3.7没什么好讲的，需要看。3.8 复位序列0x00000000 MSP初值0x00000004 PC初值复位向量chapter7 异常7.1 异常类型分为系统异常(编号1-15)和外部中断(大于15)7.2 优先级CM3支持3个固定的高优先级和多达256级的可编程优先级。在NVIC中，每个中断都有一个优先级配置寄存器（1个byte），用来配置该中断的优先级。但该寄存器并不是每个位都被使用，不同制造商生产的芯片不相同，譬如stm32使用4位，也就是说stm32支持16个可编程优先级（参考：chapter9）。注意该寄存器是以MSB对齐的，因此stm32每个中断的优先级配置寄存器7:4位有效，3:0位无效。对于优先级，CM3又分为抢占优先级和亚优先级，NVIC中的应用程序中断及复位控制寄存器(AIRCR)的优先级分组(10:8)描述了如何划分抢占优先级和亚优先级。什么意思？以stm32为例，优先级配置寄存器不是7:4位有效吗，如果AIRCR中的优先级分组值为4，则优先级配置寄存器的7:5位确定抢占优先级，位4确定亚优先级。此时所有中断有8个抢占优先级，每个抢占优先级有2个亚优先级。抢占优先级高的中断可以抢占抢占优先级低的中断，即抢占优先级决定了中断是否可以嵌套。相同抢占优先级的中断不能嵌套，但当抢占优先级相同的异常有不止一个到来时，就优先响应亚优先级最高的异常。参考附录D表D.9 中断优先级寄存器阵列 0xE000_E400 - 0xE000_E4EF 共240个。表D.16系统异常优先级寄存器 0xE000_ED18 - 0xE000_ED23 共12个。优先级相同，看中断号，中断号小的优先。7.3 向量表初始在0x00000000处，可以通过向量表偏移量寄存器(VTOR)（地址：0xE000_ED08）更改，一般无需更改。7.4 中断输入及挂起行为需要看。7.5 Fault异常可不看。7.6 SVC和PendSVSVCSVC主要用在分特权级和用户级的操作系统，ucosii不区分特权级和用户级，可以不管这个东西。这里说点题外话，一开始我很奇怪为什么会提供这种中断，因为这种中断一般都是用在大型的操作系统上，如linux系统上，可CM3又不提供MMU，应该是无法移植linux系统。后来我才知道uclinux是针对没有MMU的嵌入式系统而设计的，不过还是很怀疑有人会在像stm32这种芯片上用uclinux。PendSVPendSV中断主要做上下文切换，也就是任务切换，是ucosii移植过程中最重要的中断。主要有两点：1.PendSV中断是手工往NVIC的PendSV悬起寄存器中写1产生的（由OS写）。2.PendSV中断优先级必须设为最低。在讲移植代码时会介绍具体是如何做的。对于7.6的PendSV部分应认真研读一下。chapter8 NVIC与中断控制NVIC负责芯片的中断管理，它和CM3内核紧密相关。如果对于CM3中断配置不是很了解，可以看看8.1, 8.2, 8.3, 8.4节。8.7节讲述了SysTick定时器，需要看。chapter9 中断的具体行为9.1 中断／异常的响应序列当CM3开始响应一个中断时1.xPSR, PC, LR, R12以及R3‐R0入栈2.取向量 3.选择堆栈指针MSP/PSP，更新堆栈指针SP，更新连接寄存器LR，更新程序计数器PC对移植ucosii来说，需要注意1,39.2 异常返回在CM3中，进入中断时，LR寄存器的值会被自动更新。9.6节对更新后的值进行说明。这里统称EXC_RETURN。返回时通过把EXC_RETURN往PC里写来识别返回动作的。因为EXC_RETURN是一个特殊值，所以对于CM3，汇编语言就不需要类似reti这种指令，而用C语言开发时，不需要特殊编译器命令指示一个函数为中断服务程序。实际上，中断服务程序如果是c代码编写，汇编成汇编代码，函数结尾一般是reti。9.3 嵌套的中断只要注意：中断嵌套不能过深即可。9.4和9.5这两节说明CM3对中断的响应能力大大提高了，主要是硬件机制的改进。但对移植来说，并不需要关注。9.6 异常返回值对不同状态进入中断时，LR寄存器的值进行说明，需要看。这里有一点需要注意，该点在讲移植代码时再介绍。9.7和9.8对移植来说，并不需要关注。chapter10 Cortex-M3的低层编程这一章仅需关注10.2节，因为对移植来说汇编与C的接口是必须面对的。10.2 汇编与C的接口有两点需要知道：1.当主调函数需要传递参数（实参）时，它们使用R0‐R3。其中R0传递第一个，R1传递第2个……在返回时，把返回值写到R0中。2.在函数中，用汇编写代码时，R0-R3, R12可以随便使用，而使用R4‐R11，则必须先PUSH，后POP。以上内容和移植多少都有些关系，刚开始看，可能不太明白，多看几遍就好了。ucosii在stm32上的移植详解2在详解1中主要讲了移植需要用到的CM3内核知识，本文讲一讲ucosii的原理和代码组成。ucosii最经典的学习资料莫过于邵贝贝老师的<<嵌入式实时操作系统uc/os-ii(第2版)>>，我想这本书对学ucosii已经足够了，因为他把ucosii V2.55代码都讲了一遍。移植前应该好好看看此书。下面说说我对ucosii的理解。应该说ucosii这个内核还是比较简单的，基本可以分为任务调度，任务同步和内存管理三个部分。任务调度ucosii为保证实时性，给每个任务分配一个不同的优先级。当发生任务切换时，总是切换到就绪的最高优先级任务。有2种情况会发生任务切换。1.任务等待资源就绪或自我延时；2.退出中断；情况1可以理解为任务主动放弃cpu的使用权。情况2可以理解为中断后，某种资源可能就绪了，需要任务切换。需要注意的是SysTick中断，这个中断是os的“心跳”，必须得有。这样就使得cpu会发生周期性地做任务切换。由于ucosii不支持时间片轮转调度，因此在该中断中必须做的工作仅有os的时间管理。也就是调用OSTimeTick()。任务同步任务同步和大多数操作系统的做法差不多，如果学过操作系统或是有多线程编程经验的话，应该很好理解。无非是任务A因为某个资源未就绪，就放弃cpu使用权，等任务B或是中断使该资源就绪，当再次任务进行切换时如果任务A优先级最高，则任务A继续执行。具体怎么实现就看邵老师的书吧。内存管理ucosii的内存管理比较简单，就不说了。下面看看ucosii代码组成：os_core.c是ucosii的核心，它包含了内核初始化，任务切换，事件块管理等，其中事件块是各个同步量（这里我把互斥量，信号量，邮箱，队列统称为同步量，不是很科学，图个方便。事件标志组不是以事件块为基础的，不过原理也差不多）的基础。os_task.c 任务管理代码。os_flag.cos_mbox.cos_mutex.cos_q.cos_sem.c 各个同步量管理代码。os_mem.c 内存管理代码。os_time.c 时间管理代码，主要做各种延时。os_tmr.c定时器管理代码，这部分代码时从V2.81版才开始有的，邵老师的书讲的是V2.55版的代码，是没有这部分内容的。如果前面的代码都理解的话，这部分代码也是不难理解的。一个定时器大体由3部分组成：定时时间，回调函数和属性。当定时时间到了的话，就进行一次回调函数的处理，定时器属性说明定时器是周期性的定时还是只做一次定时。如果用户使能了OS_TMR_EN，ucosii会在内部创建一个定时器任务，负责处理各个定时器。这个任务一般应该由硬件定时器的中断函数中调用OSTmrSignal()去激活。所以从本质上说os_tmr.c中的定时器是由一个硬件定时器分化出来的。默认情况下是由SysTick中断里通过OSTimeTickHook()去激活定时器任务的。移植相关文件os_cpu.h: 进行数据类型定义，处理器相关代码和几个函数原型。os_cpu_c.c: 定义一些用户hook函数。os_cpu_a.asm: 移植需要用汇编代码完成的函数，主要就是任务切换函数。os_dbg.c: 内核调试相关数据和函数，可以不改。ucosii内核就介绍到这里。ucosii在stm32上的移植详解3移植详解1和2中主要讲了移植需要用到的基础知识，本文则对具体的移植过程进行介绍。首先从micrium网站上下载官方移植版本（编译器使用ARM/Keil的，V2.86版本，V2.85有问题）。下载地址：http://micrium.com/page/downloads/ports/st/stm32解压缩后得到如下文件夹和文件:Micrium\AppNotesLicensingSoftwareReadMe.pdfAppNotes包含ucosii移植说明文件。这两个文件中我们仅需关心Micrium\AppNotes\AN1xxx-RTOS\AN1018-uCOS-II-Cortex-M3\AN-1018.pdf。因为这个文件对ucosii在CM3内核移植过程中需要修改的代码进行了说明。Licensing包含ucosii使用许可证。Software下有好几个文件夹，在本文的移植中仅需关心uCOS-II即可。CPU: stm32标准外设库EvalBoards: micrium官方评估板相关代码uc-CPU: 基于micrium官方评估板的ucosii移植代码uC-LCD：micrium官方评估板LCD驱动代码uc-LIB: micrium官方的一个库代码uCOS-II: ucosii源代码uC-Probe: 和uC-Probe相关代码ReadMe.pdf就不说了。好了，官方的东西介绍完了，该我们自己建立工程着手移植了。关于建立工程，并使用stm32标准外设库在我之前的文章《stm32标准外设库使用详解》已有介绍，这里请大家下载其中模板代码（http://download.csdn.net/source/3448543），本文的移植是基于这个工程的。建立文件夹template\src\ucosiitemplate\src\ucosii\srctemplate\src\ucosii\port；把Micrium\Software\uCOS-II\Source下的文件拷贝至template\src\ucosii\src；把Micrium\Software\uCOS-II\Ports\ARM-Cortex-M3\Generic\RealView下的文件拷贝至template\src\ucosii\port；ucosii\src下的代码是ucosii中无需修改部分ucosii\port下的代码是移植时需要修改的。为防止对源码的误改动造成移植失败，可以把ucosii\src下的代码文件设为只读。这里根据AN-1018.pdf和移植详解1、2中介绍的移植基础知识，对ucosii\port下的代码解释一下。os_cpu.h#ifdef OS_CPU_GLOBALS#define OS_CPU_EXT#else#define OS_CPU_EXT extern#endiftypedef unsigned char BOOLEAN;typedef unsigned char INT8U;typedef signed char INT8S;typedef unsigned short INT16U;typedef signed short INT16S;typedef unsigned int INT32U;typedef signed int INT32S;typedef float FP32;typedef double FP64;就不解释了。typedef unsigned int OS_STK;typedef unsigned int OS_CPU_SR;因为CM3是32位宽的，所以OS_STK（堆栈的数据类型）被类型重定义为unsigned int。因为CM3的状态寄存器（xPSR）是32位宽的，因此OS_CPU_SR被类型重定义为unsigned int。OS_CPU_SR是在OS_CRITICAL_METHOD方法3中保存cpu状态寄存器用的。在CM3中，移植OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()选方法3是最合适的。#define OS_CRITICAL_METHOD 3#if OS_CRITICAL_METHOD == 3 #define OS_ENTER_CRITICAL() {cpu_sr = OS_CPU_SR_Save();}#define OS_EXIT_CRITICAL() {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}#endif具体定义宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，其中OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()是用汇编代码写的，代码在os_cpu_a.asm中，到时再解释。#define OS_STK_GROWTH 1CM3中，栈是由高地址向低地址增长的，因此OS_STK_GROWTH定义为1。#define OS_TASK_SW() OSCtxSw() 定义任务切换宏，OSCtxSw()是用汇编代码写的，代码在os_cpu_a.asm中，到时再解释。#if OS_CRITICAL_METHOD == 3 OS_CPU_SR OS_CPU_SR_Save(void); void OS_CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr); #endifvoid OSCtxSw(void); void OSIntCtxSw(void); void OSStartHighRdy(void); void OS_CPU_PendSVHandler(void); void OS_CPU_SysTickHandler(void); void OS_CPU_SysTickInit(void); INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq(void);申明几个函数，这里要注意最后三个函数需要注释掉，为什么呢？OS_CPU_SysTickHandler()定义在os_cpu_c.c中，是SysTick中断的中断处理函数，而stm32f10x_it.c，中已经有该中断函数的定义SysTick_Handler()，这里也就不需要了，是不是很奇怪官方移植版为什么会这样弄吧，后面我会解释的。OS_CPU_SysTickInit()定义在os_cpu_c.c中，用于初始化SysTick定时器，它依赖于OS_CPU_SysTickClkFreq()，而此函数我们自己会实现，所以注释掉。OS_CPU_SysTickClkFreq()定义在BSP.C (Micrium\Software\EvalBoards)中，而本文移植中并未用到BSP.C，后面我们会自己实现，因此可以把它注释掉。os_cpu_c.cucosii移植时需要我们写10个相当简单的C函数。OSInitHookBegin()OSInitHookEnd()OSTaskCreateHook()OSTaskDelHook()OSTaskIdleHook()OSTaskStatHook()OSTaskStkInit()OSTaskSwHook()OSTCBInitHook()OSTimeTickHook()这些函数除了OSTaskStkInit()，都是一些hook函数。这些hook函数如果不使能的话，都不会用上，也都比较简单，看看就应该明白了，所以就不介绍。下面就说一说OSTaskStkInit()。说之前还是得先说一下任务切换，因为初始化任务堆栈，是为任务切换服务的。代码在正常运行时，一行一行往下执行，怎么才能跑到另一个任务（即函数）执行呢？首先大家可以回想一下中断过程，当中断发生时，原来函数执行的地方（程序计数器PC、处理器状态寄存器及所有通用寄存器，即当前代码的现场）被保存到栈里面去了，然后开始取中断向量，跑到中断函数里面执行。执行完了呢，想回到原来函数执行的地方，该怎么办呢，只要把栈中保存的原来函数执行的信息恢复即可（把栈中保存的代码现场重新赋给cpu的各个寄存器），一切就都回去了，好像什么事都没发生一样。这个过程大家应该都比较熟悉，任务切换和这有什么关系，试想一下，如果有3个函数foo1(), foo2(), foo3()像是刚被中断，现场保存到栈里面去了，而中断返回时做点手脚（调度程序的作用），想回哪个回哪个，是不是就做了函数（任务）切换了。看到这里应该有点明白OSTaskStkInit()的作用了吧，它被任务创建函数调用，所以要在开始时，在栈中作出该任务好像刚被中断一样的假象。（关于任务切换的原理邵老师书中的3.06节有介绍）。那么中断后栈中是个什么情形呢，<<ARM Cortex-M3权威指南>>中9.1.1有介绍，xPSR，PC，LR，R12，R3-R0被自动保存到栈中的，R11-R4如果需要保存，只能手工保存。因此OSTaskStkInit()的工作就是在任务自己的栈中保存cpu的所有寄存器。这些值里R1-R12都没什么意义，这里用相应的数字代号（如R1用0x01010101）主要是方便调试。其他几个：xPSR = 0x01000000L，xPSR T位（第24位）置1，否则第一次执行任务时Fault，PC肯定得指向任务入口，R14 = 0xFFFFFFFEL，最低4位为E，是一个非法值，主要目的是不让使用R14，即任务是不能返回的。R0用于传递任务函数的参数，因此等于p_arg。OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt) {OS_STK *stk;(void)opt;stk = ptos;*(stk) = (INT32U)0x01000000L;*(--stk) = (INT32U)task;*(--stk) = (INT32U)0xFFFFFFFEL;*(--stk) = (INT32U)0x12121212L;*(--stk) = (INT32U)0x03030303L;*(--stk) = (INT32U)0x02020202L;*(--stk) = (INT32U)0x01010101L;*(--stk) = (INT32U)p_arg;*(--stk) = (INT32U)0x11111111L;*(--stk) = (INT32U)0x10101010L;*(--stk) = (INT32U)0x09090909L;*(--stk) = (INT32U)0x08080808L;*(--stk) = (INT32U)0x07070707L;*(--stk) = (INT32U)0x06060606L;*(--stk) = (INT32U)0x05050505L;*(--stk) = (INT32U)0x04040404L;return (stk);}把OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()注释掉。#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL (*((volatile INT32U *)0xE000E010)) #define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD (*((volatile INT32U *)0xE000E014)) #define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018)) #define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL (*((volatile INT32U *)0xE000E01C))#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT 0x00010000#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC 0x00000004#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN 0x00000002#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE 0x00000001把上面这些宏定义也注释掉，因为它们都用于OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()。os_cpu_a.asm 这个文件包含着必须用汇编写的代码。EXTERN OSRunning ; External references EXTERN OSPrioCur EXTERN OSPrioHighRdy EXTERN OSTCBCur EXTERN OSTCBHighRdy EXTERN OSIntNesting EXTERN OSIntExit EXTERN OSTaskSwHook 申明这些变量是在其他文件定义的，本文件只做引用（有几个好像并未引用，不过没有关系）。EXPORT OS_CPU_SR_Save ; Functions declared in this file EXPORT OS_CPU_SR_Restore EXPORT OSStartHighRdy EXPORT OSCtxSw EXPORT OSIntCtxSw EXPORT OS_CPU_PendSVHandler 申明这些函数是在本文件中定义的。NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ;中断控制及状态寄存器ICSR的地址NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 endSV优先级寄存器的地址NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF endSV中断的优先级为255（最低） NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ;位28为1定义几个常量，类似C语言中的#define预处理指令。OS_CPU_SR_SaveMRS R0, PRIMASK ;读取PRIMASK到R0中，R0为返回值CPSID I RIMASK=1，关中断（NMI和硬fault可以响应）BX LR ;返回OS_CPU_SR_RestoreMSR PRIMASK, R0 ;读取R0到PRIMASK中，R0为参数BX LR ;返回OSStartHighRdy()由OSStart()调用，用来启动最高优先级任务，当然任务必须在OSStart()前已被创建。OSStartHighRdy ;设置PendSV中断的优先级 #1LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 ;R0 = NVIC_SYSPRI14LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI ;R1 = NVIC_PENDSV_PRISTRB R1, [R0] ;*(uint8_t *)NVIC_SYSPRI14 = NVIC_PENDSV_PRI;设置PSP为0 #2MOVS R0, #0 ;R0 = 0MSR PSP, R0 SP = R0;设置OSRunning为TRUE LDR R0, =OSRunning ;R0 = OSRunning MOVS R1, #1 ;R1 = 1STRB R1, [R0] ;OSRunning = 1;触发PendSV中断 #3 LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRLLDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSETSTR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSETCPSIE I ;开中断OSStartHang ;死循环，应该不会到这里B OSStartHang#1.PendSV中断的优先级应该为最低优先级，原因在<<ARM Cortex-M3权威指南>>的7.6节已有说明。#2.PSP设置为0，是告诉具体的任务切换程序（OS_CPU_PendSVHandler()），这是第一次任务切换。做过切换后PSP就不会为0了，后面会看到。#3.往中断控制及状态寄存器ICSR(0xE000ED04)第28位写1即可产生PendSV中断。这个<<ARM Cortex-M3权威指南>>8.4.5 其它异常的配置寄存器有说明。当一个任务放弃cpu的使用权，就会调用OS_TASK_SW()宏，而OS_TASK_SW()就是OSCtxSw()。OSCtxSw()应该做任务切换。但是在CM3中，所有任务切换都被放到PendSV的中断处理函数中去做了，因此OSCtxSw()只需简单的触发PendSV中断即可。OS_TASK_SW()是由OS_Sched()调用。void OS_Sched (void){#if OS_CRITICAL_METHOD == 3 OS_CPU_SR cpu_sr = 0; #endifOS_ENTER_CRITICAL(); if (OSIntNesting == 0) { if (OSLockNesting == 0) { OS_SchedNew(); if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) { OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; #if OS_TASK_PROFILE_EN > 0 OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++; #endif OSCtxSwCtr++; OS_TASK_SW(); } } }OS_EXIT_CRITICAL();}OSCtxSw ;触发PendSV中断 LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET BX LR ;返回当一个中断处理函数退出时，OSIntExit()会被调用来决定是否有优先级更高的任务需要执行。如果有OSIntExit()对调用OSIntCtxSw()做任务切换。OSIntCtxSw ;触发PendSV中断 LDR R0, =NVIC_INT_CTRL LDR R1, =NVIC_PENDSVSET STR R1, [R0] BX LR看到这里有些同学可能奇怪怎么OSCtxSw()和OSIntCtxSw()完全一样，事实上，这两个函数的意义是不一样的，OSCtxSw()做的是任务之间的切换，如任务A因为等待某个资源或是做延时切换到任务B，而OSIntCtxSw()则是中断退出时，由中断状态切换到另一个任务。由中断切换到任务时，CPU寄存器入栈的工作已经做完了，所以无需做第二次了（参考邵老师书的3.10节）。这里只不过由于CM3的特殊机制导致了在这两个函数中只要做触发PendSV中断即可，具体切换由PendSV中断来处理。前面已经说过真正的任务切换是在PendSV中断处理函数里做的，由于CM3在中断时会有一半的寄存器自动保存到任务堆栈里，所以在PendSV中断处理函数中只需保存R4-R11并调节堆栈指针即可。PendSV中断处理函数伪代码如下：OS_CPU_PendSVHandler(){ if (PSP != NULL) {Save R4-R11 onto task stack;OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP; } OSTaskSwHook(); OSPrioCur = OSPrioHighRdy; OSTCBCur = OSTCBHighRdy;PSP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr; Restore R4-R11 from new task stack; Return from exception;}OS_CPU_PendSVHandler ;xPSR, PC, LR, R12, R0-R3已自动保存 CPSID I ;任务切换期间需要关中断MRS R0, PSP ;R0 = PSP ;如果PSP == 0，跳到OS_CPU_PendSVHandler_nosave执行 #1 CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave;保存R4-R11到任务堆栈 SUBS R0, R0, #0x20 ;R0 -= 0x20 STM R0, {R4-R11} ;保存R4-R11到任务堆栈;OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP; LDR R1, =OSTCBCur ;R1 = &OSTCBCur LDR R1, [R1] ;R1 = *R1 (R1 = OSTCBCur) STR R0, [R1] ;*R1 = R0 (*OSTCBCur = SP) #2OS_CPU_PendSVHandler_nosave;调用OSTaskSwHook()PUSH {R14} ;保存R14，因为后面要调用函数 LDR R0, =OSTaskSwHook ;R0 = &OSTaskSwHook BLX R0 ;调用OSTaskSwHook() POP {R14} ;恢复R14;OSPrioCur = OSPrioHighRdy; LDR R0, =OSPrioCur ;R0 = &OSPrioCur LDR R1, =OSPrioHighRdy ;R1 = &OSPrioHighRdy LDRB R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSPrioHighRdy) STRB R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSPrioCur = OSPrioHighRdy);OSTCBCur = OSTCBHighRdy; LDR R0, =OSTCBCur ;R0 = &OSTCBCur LDR R1, =OSTCBHighRdy ;R1 = &OSTCBHighRdy LDR R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSTCBHighRdy) STR R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSTCBCur = OSTCBHighRdy)LDR R0, [R2] ;R0 = *R2 (R0 = OSTCBHighRdy), 此时R0是新任务的SP;SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr #3LDM R0, {R4-R11} ;从任务堆栈SP恢复R4-R11ADDS R0, R0, #0x20 ;R0 += 0x20MSR PSP, R0 SP = R0，用新任务的SP加载PSPORR LR, LR, #0x04 ;确保LR位2为1，返回后使用进程堆栈 #4CPSIE I ;开中断BX LR ;中断返回END#1 如果PSP == 0，说明OSStartHighRdy()启动后第一次做任务切换，而任务刚创建时R4-R11已经保存在堆栈中了，所以不需要再保存一次了。#2 OSTCBStkPtr是任务控制块结构体的第一个变量，所以*OSTCBCur = SP(不是很科学)就是OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;#3 和#2类似。#4 因为在中断处理函数中使用的是MSP，所以在返回任务后必须使用PSP，所以LR位2必须为1。os_dbg.c用于系统调试，可以不管。需要修改的代码就介绍到这里，如果还有不明白之处，就再看看AN-1018.pdf，邵老师的书和<<ARM Cortex-M3权威指南>>。ucosii在stm32上的移植详解4详解3中有一个问题还没解释，就是stm32f10x_it.c中已经有SysTick中断函数的定义SysTick_Handler()，为什么官方版非要弄个OS_CPU_SysTickHandler()。答案就在启动文件上，一般我们自己开发基于stm32芯片的软件，都会使用标准外设库CMSIS中提供的启动文件，而官方移植的启动文件却是自己写的，在两个文件init.s，vectors.s中（Micrium\Software\EvalBoards\ST\STM3210B-EVAL\RVMDK）。init.s负责进入main()，vectors.s设置中断向量。OS_CPU_SysTickHandler和OS_CPU_PendSVHandler就是在vectors.s中被设置的。我的移植是使用标准外设库CMSIS中startup_stm32f10x_hd.s作为启动文件的，那该怎么在这个文件中设置OS_CPU_SysTickHandler呢，事实上在startup_stm32f10x_hd.s文件中，PendSV中断向量名为PendSV_Handler，所以只需用OS_CPU_PendSVHandler把所有出现PendSV_Handler的地方替换掉就可以了。那么为什么OS_CPU_SysTickHandler不用这种方式处理呢，这样也就不用注释os_cpu.c中的OS_CPU_SysTickHandler()，这主要是基于两个原因：1. startup_stm32f10x_hd.s尽量少该，能不改就不改。2. 如果保留OS_CPU_SysTickHandler()，在以后开发过程中，改动OS_CPU_SysTickHandler()中的内容可能性是非常大的，如果一不小把该文件其他部分改了造成了问题，这个bug就非常难查了，所以我一般移植好后就把ucosii的这些文件设置为只读。对于上面的原因1，一开始移植时，我曾做过在PendSV_Handler()中调用OS_CPU_PendSVHandler()，后来发现这样不行，这是为什么呢？问题出在LR寄存器上。PendSV_Handler(){OS_CPU_PendSVHandler();}汇编出来的代码会是这样： PendSV_Handler PROC PUSH {r4,lr} BL OS_CPU_PendSVHandler POP {r4,pc} ENDP这样在进入OS_CPU_PendSVHandler之后，LR寄存器中存放的是指令POP {r4,pc}的地址+1。在OS_CPU_PendSVHandler中的ORR LR, LR, #0x04就不会起作用，也就无法使用PSP，移植因此失败。其实在AN-1018.pdf的3.04.06中也有强调OS_CPU_PendSVHandler必须被放置在中断向量表中。一开始我也没注意。到这里移植的大部分工作都做完了，下面剩下的就是把工程配置好，SysTick中断处理好。在工程中建立ucosii组，把ucosii下的文件都加进该组。这里别忘了把os_cpu_a.asm加入。在工程的Options中，c/c++选项卡的Include Paths中添加.\src\ucosii\src;.\src\ucosii\port。编译工程，会发现缺少app_cfg.h和os_cfg.h文件，app_cfg.h是用来配置应用软件的，主要是任务的优先级和堆栈大小，中断优先级等信息。目前还没有基于ucosii开发应用软件，所以只需在include文件夹中创建一个空的app_cfg.h文件即可。os_cfg.h是用来配置ucosii系统的。拷贝Micrium\Software\EvalBoards\ST\STM3210B-EVAL\RVMDK\OS-Probe\os_cfg.h到template\include，对其做如下修改：#define OS_APP_HOOKS_EN 0 #define OS_DEBUG_EN 0 #define OS_EVENT_MULTI_EN 0 #define OS_SCHED_LOCK_EN 0 #define OS_TICK_STEP_EN 0 #define OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN 0 #define OS_TASK_QUERY_EN 0 #define OS_TASK_STAT_EN 0 #define OS_TASK_STAT_STK_CHK_EN 0 #define OS_TASK_SUSPEND_EN 0 #define OS_FLAG_EN 0 #define OS_MBOX_EN 0 #define OS_TIME_DLY_HMSM_EN 0 #define OS_TIME_DLY_RESUME_EN 0 #define OS_TIME_GET_SET_EN 0 #define OS_TIME_TICK_HOOK_EN 0所做的修改主要是把一些功能给去掉，减少内核大小，也利于调试。等移植完成后，如果需要该功能，再做开启。接下来就剩下处理好SysTick中断和启动任务了。SysTick是系统的“心跳”，本质上来说就是一个定时器。先把原来main.c中的内容删除，添加如下代码：#include "ucos_ii.h" #include "stm32f10x.h"static OS_STK startup_task_stk[STARTUP_TASK_STK_SIZE];static void systick_init(void) { RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks; RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks); SysTick_Config(rcc_clocks.HCLK_Frequency / OS_TICKS_PER_SEC); }static void startup_task(void *p_arg) { systick_init();#if (OS_TASK_STAT_EN > 0) OSStatInit(); #endifOSTaskDel(OS_PRIO_SELF); }int main(void) { OSInit(); OSTaskCreate(startup_task, (void *)0, &startup_task_stk[STARTUP_TASK_STK_SIZE - 1], STARTUP_TASK_PRIO); OSStart(); return 0; }systick_init()用来初始化并启动SysTick定时器。 RCC_GetClocksFreq()用来获取系统时钟。 SysTick_Config()初始化并使能SysTick定时器。这里要注意的是OS_TICKS_PER_SEC，它是每秒钟的ticks数，如果为1000，就是1s中1000个ticks，也就是说1ms就会产生一个SysTick中断。系统的时间片为1ms。在邵老师的书中3.11节已有明确说明，必须在调用OSStart()之后，才能开启时钟节拍器（SysTick）。一般会把它放在第一个任务（启动任务）中。startup_task()用来创建其他应用任务，创建完其他任务后，就会自己删除自己。文件中的STARTUP_TASK_STK_SIZE，STARTUP_TASK_PRIO需要在app_cfg.h中定义。代码如下： #define STARTUP_TASK_PRIO 4#define STARTUP_TASK_STK_SIZE 80在stm32f10x_it.c中，还需要添加SysTick中断的处理代码：void SysTick_Handler(void) { OSIntEnter(); OSTimeTick(); OSIntExit(); }这个代码是仿照OS_CPU_SysTickHandler()中代码的，在邵老师书的3.11节亦有说明。这里就不解释。至此ucosii在stm32上的移植已全部完成。ucosii在stm32上的移植详解5详解1-4把移植过程都已经介绍了。接下来的工作是验证移植是否ok以及如何基于移植好的ucosii开发应用程序。前一个问题可以说是后一个问题的特殊情况，一般我们会创建两个简单的任务，看看任务切换是否成功来验证移植是否ok，因为任务切换可以说是ucosii最核心的功能。任务代码(main.c)：static void task1(void *p_arg) {for (;;){led_on(LED_0); OSTimeDly(500); led_off(LED_0); OSTimeDly(500); } }static void task2(void *p_arg) { for (;;) { led_on(LED_1); OSTimeDly(500); led_off(LED_1); OSTimeDly(500); } }在startup_task()创建任务： err = OSTaskCreate(task1, (void *)0, &task1_stk[TASK1_STK_SIZE-1], TASK1_PRIO);err = OSTaskCreate(task2, (void *)0, &task2_stk[TASK2_STK_SIZE-1], TASK2_PRIO);把任务的堆栈大小和优先级写入app_cfg.h，定义任务堆栈，编译调试。在任务中打断点，用模拟器调试可以发现已经可以做任务切换了。如果有板子，烧到板子中运行，可以看到两个灯会以1Hz的频率闪烁。可以认为移植初步成功，内核其他功能有待在应用中继续验证。如何基于移植好的ucosii开发应用程序呢？ 开发应用程序大部分都是为了处理或控制一个真实的物理系统，而真实的物理系统往往都是模拟系统，为了方便计算机处理，首先需要对系统做离散化处理。针对ucosii，离散化过程是通过系统“心跳”（SysTick）来实现的。一般应用程序都有多个任务（不多任务谁用ucosii啊），任务可以分为周期任务和非周期任务。周期任务是周期性循环地处理事情的任务，而非周期任务一般是某个条件触发才执行的任务。这里有一个问题，SysTick的时间是多少合适。SysTick的时间一般取周期性任务中周期最短的时间值。譬如说，系统里有3个周期性任务：系统主任务（如处理pid等，任务周期4ms），键盘扫描任务（任务周期16ms），通信任务（任务周期128ms），SysTick时间就取4ms。当然在SysTick时间较小时，要注意系统负荷问题，这时最好测一下cpu使用率及各个任务的时间等。周期性任务的开发套路是怎么样的呢？看看定时器任务的做法就知道了，代码在os_tmr.c。首先在OSTmr_Init()中初始化OSTmrSemSignal，然后OSTmr_Task()任务会一直等待OSTmrSemSignal，等到OSTmrSemSignal后去处理各个定时器。那么谁在释放OSTmrSemSignal呢？OSTmrSignal()，这个函数要求放在一定频率的时钟中断里，默认是在SysTick中断中（如果使能OS_TIME_TICK_HOOK_EN）。好了，现在我们可以总结总结周期性任务的一般套路了。首先在任务初始化函数中初始化一个信号量（一般会用信号量），伪代码如下： void task_init(void) { task_sem = OSSemCreate(0); }在任务中等待信号量void task (void *p_arg) { for (;;) { OSSemPend(task_sem, 0, &err);} }周期性的释放信号量OSSemPost(task_sem);对于上面所说系统主任务，OSSemPost(task_sem)可以放在SysTick_Handler()中。所以一般来说OS_CPU_SysTickHandler()改动的可能性是非常大的。非周期任务的开发套路又是怎样的呢？其实和周期性任务是差不多的，只是信号量不是周期性地释放，而是按需释放。其他内核功能就不多介绍了，大家按需使用，不是很难。本文代码：http://download.csdn.net/source/3472653 该移植代码在我自己开发的一个小玩意上已得到一段时间的验证，未发现问题。但由于水平所限，并不敢保证该移植是没有任何问题的，殷切希望大家批评指正。