嵌入式实时操作系统-BIOS

1、Tl DSP/BIOS机电学院：Yys前言实时操作系统的概述DSP/BOIS 简介DSP/BIOS的功能及分析1.1Tb 么是 RTOS ?X RTOS称为实时多任务操作系统(Real-TimeOperating System),是嵌入式应用软件的基础和开发平 台，它是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其 它应用程序都建立在RTOS之上。x RTOS还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将 CPU时间、中断、I/O和定时器等资源都包装起来， 留给用户一个标准的API接口，并能根据各个任务的 优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时间。1.2用RTOS有什么好处？x RTOS是针对不同处理器优化

2、设计的高效率实 时多任务内核。据专家预测，在优秀RTOS上 跨处理器平台的程序移植只需要修改丄5% 的内容。它的引入解决了嵌入式软件开发标准 化的难题。基于RTOS开发出来的程序具有较 高的可移植性，引入RTOS相当于引入了一个 新的管理模式，可减少重复劳动，提高知识创 新效率。x随着DSP性能的不断改进，目前多种型号的 DSP继承了大量外设器件，DSP逐渐从高速数 字处理引擎转变成具备多种微控制功能的芯片。 因此在实际应用中DSP在继续用来完成算法的 同时，还要完成包括信号采样，驱动控制，通 讯等任务在内的整个系统的功能。x DSP中混合各种各样的算法，同时要完成高性 能控制，通讯，在这种情

3、况下就更需要兼顾系 统的实时性。传统的前后台模式已经难以满足 实际要求。(ucos/uclinux/bios)X所有的DSP/BIOS对象都可以在配置工具中静态建立；x实时监测数据在主机端做格式化处理；X API函数是模、块化的，只有应用程序用到的API模块才 会和应用程序链接在一起；x为达到最快的运行速度，大部分函数用汇编语言编写；X目标处理器和主机分析工具之间的通信在后台空闲循 环中完成，这样不会影响应用程序的运行。如果CPU太 忙，不能执行后台任务，DSP/BIOS分析工具会停止从 目标处理器接收信息。（隐式/显式）2.1 DSP/BIOS 概述x DSP/BIOS的定义DSP/BIOS

4、是一个可升级的实时内核。它主要是 为需要实时调度和同步以及主机-目标系统通 讯和实时监测(Instrumentation)的应用而设计的o x DSP/BIOS是集成到CCS中的不需要额外的费用。但不提供源码。DSP/BIOS是Tls eXpressDSP技术的重要组成部 分。9/F28335 XDS510 EBulator/CPU_l - TIS320C28xx - Code Coiposer Studio - Jot Connected - DSP28335.tcfFile 童欣 Object 禺酬 Project Deug GEL Option Profile Tools D5P/BI0

5、S Yindo HelpJllSPModdle.pjt?卩祁?I Hies$- OCEL files三 3 ProjectsaDSPlGdule.pjt Q11 Dependent Iroj11 Docunents3 63 HSf/BIOS ConfigEst rioted 0 ata Size 1602 Et Min Slack Size |M? G|SSI lg Instrunentati on ScKeduLing U SjTtchr onirati on由 囤 Input/Outpat:BSF28235 td 斗 LJ Jenerated FiLes + (J Include1 Lib

6、raries1 Sourcej BSF28535cfg otic J BSF2853x.Headei 期 DSfNodde Ink. c7 % :： % 爭电Textual Lbnbgurabon Scnpl - Lre: 1utilsIcadPlacform rti.platforxs.ezdsp28335w);/* The follcving ：S?/BICS Features are enabled/ bios.enableReailimeAnalysis(prcg);bios enableRtdx(prog);bios.enableTskManager(prcg);bi os. MEM

7、. instance ( SRW). dea roy); bios.MEM.creace(wZone7SRyi,|;反03恐1!1吮汕工(陀(：!1已7他”|cement = This ebjeer defines space for thj bios.MEM.instance(nZcne7SRAHn |.len = 0x20000;bios.MEM.instance (Zone7SRJn | .space = rcc-de/datan;bios.MEM.in苑汕工(Zcne毎他”)ba尖=0x200000;bios.MEM. instance CZcne *751 .len = 0x8000

8、0;bios.MEM.instance(nZcne72 .space = daca; biO3.MEM.crace(wZcne6SRJH,|;bios.MEM.in兀汕x(Zcn“SRy”| ba3E = OxlODOOO;biw.MEM.instance (,266 | .len = 0x2000;bios.MEM. instance (nZcne6SRSJ4n 1 .ccnxem = bie.MEM.instance (nZcne7SRLHn | .len = 0x2000;biom.MEM. in 沉汕工(ZcnMSRJMJ.Hn = 0x80000;bios.MEM.crsace(wZ

9、cneOSRM,|;bios.MEM. in 眈汕 xTZcneOSRyri.basm = 0x004000;bios.MEM.in2tance(nZcne0SRAM,| .len = 0x0400;bios.MEM.N0MEV0RYHEAJ3 = 0;bios.MEM.JOOMEMORYHEAIS = 1;biom.MEM. instance (nHSARAMw).len = ：x24C0;bios.MEM.instancefARAM .base = OxOCOMO;bios.MEM.creace(wMCSARM: fcXa-,V BISCOCTED iMTOVDSP/BIOS本身占用极少的

10、CPU资源，提供 丰富的面向用户的应用程序编程接口(API) 和程序开发工具。主要包括以下核心模块：1 任务调度模块(HWI/SWI/TSK)2进程同步模块(SEM/QUE/MBX)3数据输入输出模块(PIP/SIO)4调试模块(LOG/STS)利用这些功能用户可以比较方便的编写各种 结构复杂，实时性强，运行效率高的应用软 件，降低了软件开发的难度，提高了调试效 率。3.1 dsp/bios中的时钟x用户可以往DSP/BIOS配置中定义DSP/BIOS系统 时钟参数。除了系统时钟之外，用户可以建立 其它时钟对象（CLKPRD）,实现在每次定时 器中断发生时触发某函数的执行。x很多DSP/BIO

11、S的API函数都有一个超时的函数。 DSP/BIOS会使用系统时钟来判断是否超时。3DSP/BIOS中的时钟模块PRD对彖的属性 中设置几次系统 时钟tick运行一次PRD函数Global setting中设置主频,(C2000)PRD管理器的属性页的“Use CLK Manager toDrive PRD”控制是否使用CLK管理器驱动系统时钟时钟周期寄存器的值,以决定中断发生的时间间隔PRD对象3.1.1系统中的高/低分辨率时钟xDSP/BIOS提供了两种独立的时钟管理方法：高 分辨率和低分辨率的时钟管理。在默认设置中, 系统时钟使用低分辨率的时钟管理。每当进入 一次定时器中断服务程序时，低

12、分辨率的计数 器加2,因此，低分辨率的计数器记录了定时 器中断发生的次数，也就是说低分辨率的时钟 与定时器中断时钟一一致。而高分辨率时钟是 定时器的计数寄存器被减的次数。（对于28X 系列就是低分辨率乘以TIMERPRD的值）3.1.2时钟管理模块CLKxCLK模块为用户周期性调用提供方法，同时对 一些代码评估工具提供了时间参考。实际上 CLK模块完全依赖于DSP的定时器中断。CLK管 理器还允许随意建立各种时钟函数，当定时器 中断发生时，CLK管理器就执行这些时钟函数。x当定时器减至0时，便产生定时器中断。内核 进入中断服务子程序CLK_F_isr函数。3.1.3周期函数管理模块PRDx许多

13、应用程序都需要才艮据I/O 口可用性或其它 可编程的事件来调度函数。其余的应用程序则 基于实时时钟来调度函数。X用户可以创建多个PRD对象，但它们都由同一 个系统时钟驱动。它的周期是以系统时钟为单 位。3.2dsp/bios中的线程X许多实时DSP应用都需要同时执行许多不相关 的功能（functions,函数），这些功能一般是对 外部事件的响应.这些功能就叫线程.x DSP/BIOS定义线程为任何独立的指令流.可以 是一个函数或一个中断服务程序.x DSP/BIOS使应用程序按线程结构化设计，每个 线程完成一个模块化的功能多线程程序中允许高优先级线程抢占低优先级 线程，以及线程间的同步和通讯.

14、3.2dsp/bios中 的线程DSP/BIOS支持多种不同优先级的线程，每种线程 的类型都有不同的执行和抢占特性。这些线程 按照优先级从高到低的顺序排列如下：2.硬件中断（HWI）,包括CLK函数2. 软件中断（SWI）,包括PRD函数3. 任务（TSK）4. 空闲循环（IDL）HardwareI nterrupts(HWI)ClockFunctions(CLK)Soft.vareSignals(SWI)14 levelsPeriodicFunctions(PRD)TasksCTSK)15 levelsBackgroundThread(IDL)321硬件中断X硬件中断是用来处理应用程序响应外

15、部异步事件必须执行的 关键任务。X在典型的DSP应用中，硬件中断是由片上外设或外部设备触发 的，然后跳转地址。硬件中断ISR可以使用汇编，C语言或两 种混合编写。X所有硬件中断会一直运行到结束（可以被抢占）。即使被触 发多次，该ISR也只运行一次。因此用户必须尽量减小HWI函 数执行的代码量。X当硬件中断产生之后，DSP/BIOS就会调用相应的HWI函数。如 果把HWI设置为Dispatch的话，则会在调用HWI函数的前后自 动调用 HWI,nter 和 H Wl_exitoEstimated Data Size: 1602 Est Min. Stack Size (MZ FIENT 1.4

16、propertiesA PropertyPIE_IHT1_4 屈性Generalcomment:function:moniloraddr:typeoperadon确定ValueLispatcherdefines function for the P|STS_add(xaddf) F取消I应用 ITextual Configurilutils IcadPlfolic lableF lableF tablel帮助I:M.ins :ere :M.ins :M.ins :M.ins :M.ins :M.ins :M.ins -M. ore :M.ins :M.ins :M.insbics .MEM.

17、ins bics .MEM. ins toics .MEM. ere toics .MEM. ins3.2.2软件中断X DSP/BIOS的SWI模块提供了软件中断的能力。通过在 程序中调用一个API函数，即可触发中断。优先级介 于硬件中断与任务之间。适用于处理频率较低或者 实时性没有硬件中断严格的程序作业。x当软件中断被触发时，它会在等待中的硬件中断都 执行完后才开始执行。正在运行的SWI线程在任何时 刻都可以被高优先级抢断。另一方面，SWI线程总能 抢占任务的执行。負15个优先级，为了满足同一时刻出现的最大数量的 线程抢占，每增加一个优先级别，所需的堆栈大小 就会增加。DataUpdate

18、 swi propertiesT extual Configuralionincomment:infunction:31mailbox:6x00000000argO:|0x00000000arg!.71确定取消应用ISwiDataUpdate0x000000000x00000000Function Managerstimated Data Size: 1602 Est. Min. Stack Size (MZInterrupt ServiceInterrupt Manager jgji SystemTile tr urn entati onl Scheduling白席 CLK - Clock

19、Manager j (5 FKD_clock L Ou SYS clockadd conuneiits _SwiLa taJJpdaL tE;矽 EBL-_SW17澎 PED.swi+ & TSK 一 Task Manager由 0 IDL - Idle Fuactioin Manager Synchr oni z a t i onSEM - SerTiaphore Mariagr 盘,MBX - M ai IL ox Manager片 QUE 一 Atomic Queue Manager咼 LCK - Resource Lock Manager -UM Input/Out putties.

20、MEM. NOEEKCXV cn 1/TTV -i n-sr anPr operty comment function pri ority mai lb ox argO argl日 g) FED 一 Periodic：辭 FRDJPLC 匕! HflI 一 Hardware -藩 SWI - Software 灌 Arm_swi 嚮 D&t&Upd.At_5wiH3.2.3任务X TSK模块优先级高于空闲但低于HWI和SWI模块。任务 自身共有15个优先级。每个任务总是处于四种执行 状态之一。x 1.运行态(Runing):代表该任务正在执行x 2.就绪态(Ready):已经被调度等待可用x

21、3.阻塞态(Blocked):等待某个事件或者资源x 4.终止态(Terminated):代表任务已经被终止3.2.4空闲循环x空闲循环是DSP/BIOS的后台线程，可以被其它 任何一个线程抢占。x目标DSP和主机分析工具间的通信通常在空闲 状态循环中执行。这保证了分析工具不会影响 应用程序的处理。32dsp/bios中的线程CharacteristicHwaSWITSKIDLPriorityHighest2nd highest2nd lowestLowestMumber of prioritylevelsDSP-dependent15. Periodic functions run at p

22、riority of the PRD swiSWI object. Task sched uler runs at lovest priority.16 (Including 1 for the ID loop)1Can yield and pendNof runs to completion except for preemptionNo, runs to completion except for preemptio nYesShould not; would prevent PC from getting target informationExecution statesInactiv

23、e, ready, runningInactive, ready, runningReady, running, blocked, terminatedReady, runningScheduler disabled byHWI disableSWI disableTSK disableProgram exitPosted or made ready to run byInterrupt occursSWI postSWI andnfSWI dec. SWI inc,SWI orTSK createmainO exits and no other thread is currently runningStack usedSystem stack (1 per program)System stack (1 per program)Task stack (1 per task)Task stack used by default (see Note 1)Context saved when preempts other threadCustomizableCertain registers saved to system stack (see Note 2)Entire con text