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ARM-M架构移植UCOS操作系统

bug大湿 2024-10-06 00:01:05

简介ARM-M架构移植UCOS操作系统

最近准备面试，把本科到现在的一些比赛相关的东西整理一下。那些年在飞思卡尔在K60单片机上的UCOSII移植（哎，心酸...）

一、首先看下UCOSII的文件结构：

一些核心的文件解释：

【1、头文件】：

includes.h：每个.c文件需要包含的头文件，注释掉不需要的头文件，可以配合裁剪

os_cfg.h：对系统的配置和裁剪；（选择宏定义关闭某些功能（设置时间频率1000hz，配合滴答定时器的load值可以确定ucos的时基，用来确定调度的频率），如下图比如说关闭hooks和debug）；

os_cpu.h：为了适应数据类型进行重定义，重点关注OS_STK这个数据类型，我们在定义任务堆栈的时候就是该类型数据；

【2、C文件】：

os_cpu_c.c

【3、汇编文件】：

os_cpu_a.asm：

IMPORT表示这是一个外部变量，不是在本程序内定义的，EXPORT则表示该文件内这些函数，供其他文件调用；

圈1：OSStart()调用，开启多任务

圈2：触发PendSV中断，调用圈4，任务切换

圈3：开关中断

圈4：上下文切换（任务切换的最后调用）

二、系统移植要解决的问题

对比学习是效率最好的，当初移植也是参照stm32f1去移植的！

在移植时ARM-M3/M4系统有两个比较重要的文件：系统启动文件和中断服务函数文件：

K60（M4内核）/STM32F1（M3内核）：startup_MK60D10.s/startup_stm32f10x_md.s

system_MK60D10.c/stm32f10x_it.c

1、解决上下文切换函数的冲突：PendSV_Handler

一般，在ARM-M3/M4系统的板载支持包会有一个叫 statup_xxx.s 的启动文件（K60和stm32f1分别是[startup_MK60D10.s/startup_stm32f10x_md.s]），文件中会定义CPU相关的中断向量表：

其中重要的，如

SVC_Handler[产生系统调用就会产生svc异常，需要立即执行]、

PendSV_Handler[可悬起的系统调用，可以缓期执行动作，用于上下文切换]、

SysTick_Handler等[这几个中断接口只在启动文件中使用EXPORT导出符号，具体实现会在CPU的板载支持包中的中断服务函数的文件里实现（[system_MK60D10.c/stm32f10x_it.c]）、

Reset_Handler[这个就在启动文件中实现的，完成系统工作频率的初始化，并跳转到__main函数，进入c环境开始运行应用层代码]），如下所示：

问题：同样在UCOSII的源码文件os_cpu_a.asm中定义了PendSV_Handler函数，由于上下文切换需要极快的执行效率，因此保留ucosii中的汇编实现，注释掉M3/M4系统的板载支持的C语言实现；

2、M3/M4系统的会提供滴答定时器，将它作为UC系统的任务调度时钟：SysTick_Handler

在M3/M4系统的启动文件【startup_MK60D10.s/startup_stm32f10x_md.s】，找到滴答定时器对应的中断函数表（函数名称），并在相应文件中实现该函数：（stm32是在中断服务文件stm32f10x_it.c中实现的，我在移植K60直接将它添加到os_cpu_c.c中去实现的也没问题）：

这个函数主要是通过定时器装载值，出发定时器中断，然后去执行任务调度（ucos调度策略是任务优先级）；中断频率在os_cfg.h文件的[OS_TICKS_PER_SEC]参数设置；

3、修改任务堆栈函数：OSTaskStkInit

添加需要手动入栈的寄存器，实际上，任务堆栈函数是在任务创建函数中调用OSTaskCreate，Stack frame一开始的地址是一个空区域。所以在修改UCOSII的堆栈初始化函数OSTaskStkInit()的时侯堆栈的向第一个位置写0就是这么来的，【也就是OSTaskCreate函数传入第二个参数为0，向R0写0】。xPSP寄存器的bit9被用来指示SP（堆栈指针）是否需要对齐，该函数将xPSR、PC、LR（R14）、R12、R0-R3这8个寄存器自动入栈，其余的8个寄存器R4-R11就需要我们自己手动入栈了，入栈顺序不能乱了。如果使用M4的FPU（浮点单元），则还需要入栈额外的寄存器，就需要去查阅对应手册。