嵌入式系统课设报告

1、嵌入式系统设计报告题 目uCOSII的内核移植学 院信息科学与工程学院专 业 通信工程学号 姓名I、题目：uCOSII的内核移植H、课程设计（论文）工作内容一、课程设计目标1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；2、掌握把UCOSII移植到ARM7i理器上的基本步骤及方法；3、掌握运用ADS编译器编写UCOSII多任务应用程序的方法。二、研究方法及手段应用1、将任务分成若干模块，查阅相关论文资料，分模块调试和完成任务；2、查阅书籍资料，参考相关程序编写过，找出核心模块，在其基础上进行相应 修改；3、和其他组同学讨论，对各自实验存在问题讨论并交流经验。三、课程设计预期效果1、完成实验环境搭

2、建；2、完成 移植 UCOSII 到三星的 S3C44B0X ARM7TDMI 处理器；3、 编写多任务应用程序：一个熄灭 D7 D8灯的任务，一个点亮D7熄灭D8的任 务，一个熄灭D7点亮D8的任务，三个任务轮流输出。目录刖 言 .1第一章 系统设计 3第一节 课题目标及总体方案 .3第二节 UCOSII操作系统的移植概述介 .3一、UCOSII操作系统的简 .3二、UCOSII的内核结构 .4三、S3C44B0X 简介 5四、可移植性分析 6第三节ARM ADS 2.0开发环境简介.6第二章 实验（测试）结果及讨论 .8第一节 UCOSII移植及测试果 .8第二节 UCOSSII多任务测试

3、结 9第三章结论 12参考文献 13近些年来，数字化技术高速发展，嵌入式产品已经出现在我们生活中的方方 面面。嵌入式操作系统又作为嵌入产品的基石，在产业发展过来中扮演了越来越 不可替代的角色。而在嵌入式技术的快速发展过程中，实时多任务操作系统作为 一种软件平台已逐步成为国际嵌入式系统的主流。目前世界上已经有一大批成熟的实时嵌入式操作系统，通常，对嵌入式软件的基本要求是体积小、指令速度快、具有较好的裁减性和可移植性，目前，实时 操作系统很多，如 VxWorks ，Windows CE， pSOS，QNX ， LynxOS 等， 这些操作系统都具有高可靠性、强实时性等特点，但他们都是商业操作系统，

4、价 格昂贵，人们往往很难接受，UC/OS- n操作系统的出现是对这些商业操作系统的一个很大的冲击。本次课设主要研究了嵌入式操作系统中应用较为广泛的、源代码开放的 UCOSII在基于目前应用非常广泛的 ARM处理器体系结构上的移植，并在此基础 上实现了简单的多任务应用程序的操作。第一章系统设计第一节 课题目标及总体方案本次课程设计要将uCOSII移植到三星的S3C44B0X ARM7TDMI处理器上， 并且编写多任务应用程序：一个熄灭 D7、D8灯的任务，一个点亮D7熄灭D8 的任务，一个熄灭D7点亮D8的任务。通过图1可以了解到uCOSII任务状态转换图，在我们的设计方案中，主要 在“等待消息

5、”上进行操纵。我们创建三个不同的任务，每个任务都有一个相对 应的信号量，在系统开始运作之初，我们发送一个信号量，让其中一个任务接收 到而开始工作，而在每个任务的最后会发送另外一个任务所相对应的信号量，当另一个任务接收到时就开始运行。由此通过三个信号量发送与接收的循环往复， 而实现三个任务的循环执行。图1 UCOSII任务状态转换第二节UCOSII操作系统的移植概述一、UCOSII操作系统的简介卩C/OSH是源码公开的实时操作系统，是一个自由操作系统。程序开发人员可以改写源代码，使之符合自己的要求，裁减掉不需要的部分，使操作系统变得小巧、灵活、并且能满足用户特定操作系统的需要。 为了提高系统的实

6、时能 力，卩c/os n可以将一个复杂的应用划分为多个相互独立的任务，并根据任 务的重要性来分配优先级。任务的调度完全由卩c/os n的实时内核完成，主要包括任务的状态管理、选择最高优先级的任务、执行任务和撤销任务等， 卩c/os n内核还负责CPU时间分配，CPU时间总是优先分配给中断事件， 其次是任务队列中当前优先级最高的任务，不同任务间的通信可以通过卩c/osn提供的信号量、邮箱、信息队列等机制完成，他的绝大部分代码是用c语言编写的，可移植性强，因此 1997年以后，在国际上逐渐被广泛采用。UCOSII的内核结构S-II的移植，首先得来看看它的内核结构2，用户应用程序无关的代码OS._C

7、ORE.COS_Q* COS._FLAG COS_SEM.COS._MB0X,COS_TASK COS._MEN,COS_TIME.COSMUTEX. CuCOS IE CuCOS-II与处理器uCOS-II 应川程序相关的代码OS_CFG* HINCLUDES.HuC0S_IL HuCOS-II与处理器相关的代码，移M时需要修改OS_CPU.HOS_CPU.A.ASMOS CPU C.C现在介绍各个方框内的部分。从上往下看，可以看到应用程序在整个卩c/OS-II的构架的最上方。这点也很容易理解，因为卩c/OS-II作为一个很优秀的嵌入式操作系统，它最基础的功能就在底层驱动支持下屏蔽硬件的差异

8、性，来为用户提供一个不需要考虑硬件的多任务平台。因此和其他的操作系统一样，用户程序都是建立在卩C/OS-II内核基础之上的。这样非常方便应用程序的编写。中间层左边方框内的这些代码是与处理器及其他硬件都无关的代码。可以看到，这些代码占了整个 卩C/OS-II的绝大部分。作为嵌入式操作系统，易于移植 是一个优秀操作系统必不可少的特性之一。为了使卩C/OS-II易于移植，它的创始人花费了大量的心血，力求与硬件相关的代码部分占整个系统内核的比例降到 最小。中间层右边方框里列出的实际上是两个头文件。OS_CFGH是为了实现卩C/OS-II内核功能的裁剪。通过配置这个头文件，卩C/OS-II可以方便的实现

9、裁剪， 以适应不同的嵌入式系统。而INCLUDES.H则包含了所有的头文件，这样在应用 程序包含头文件时只需将此头文件包括进去就能包含卩C/OS-II所有的头文件了。最下面的一个方框列出的是与处理器相关的代码，这部分是移植的主角，重 头戏都在这里面。在这一部分里，主要是一些和处理器相关的函数或者宏定义。整个移植的代码都在这几个文件中，大概几百行。移植需要几 小时到几星期不等，主要取决于对 卩C/OS-II和目标处理器的了解程度。三、S3C44B0X简介S3C44B0X是 Samsung公司推出的一款高性能的16/32位的RISC处理器。S3C44B0X提供了丰富的内置部件，包括：8KBcach

10、e，内部SRAM LCD控希9器，带自动握手的 2通道UART 4通道DMA I/O端口，RTC 8通道10位 ADC IIC-BUS接口，IIS-BUS 接口，同步 SIO接口和 PLL倍频器。芯片支 持ICE 能,可直接通过芯片上的JTAG 口与计算机通信，从而实现JTAG仿真功能和FLASH程序存储器的烧写。图3基于S3C44B0X的嵌入式硬件平台四、可移植性分析卩C/OS U核心代码很小，程序开发人员要把他移植到自己的目标板中只需做少量的工作。虽然卩C/OS U大部分源代码是用C语言写的，但是完成和处理器有关的代码时，还是用汇编语言来实现的。从资料可以知道，卩C/OS U的移植的主要工

11、作是修改与处理器相关部分的代码，他们集中在3个文件中，其中，OS_CPU.H包含与处理器相关的常量、宏和结构体的定 义； OS_CPU_C.C和OS_CPU_ASM中定义了用于底层的任务切换，退出 中断服务程序，在 CPU级屏蔽中断、打开中断、对任务栈初始化以及时钟 的中断服务程序的函数等，为了使应用程序运行于卩C/OS U上，还要相应地修改应用中使用的硬件和设备驱动。第三节ARM ADS 2.0开发环境简介ADS全称是ARM Developer Suite，它是由ARM公司提供的专门用于 ARMS 关应用开发和调试的综合性软件。在功能和易用性上比SDT都有提高，是一款功 能强大又易于使用的开

12、发工具。ADS的最新版本是1.2，它取代了早期的ADS1.1 和ADS1.0b ADS可以安装在多种 Windows操作系统上，其包括了一系列的应用， 并有相关的文档和实例的支持。ADS可以用来开发、编译、调试采用包括 C C+ 和ARM匚编语言编写的程序。第二章 实验(测试)结果及讨论第一节 UCOSII移植及测试(一)移植过程:移植就是让一个实时内核可以在某个微处理器或微控制器上运行。uC/OS-II在ARM处理器上的移植，需要完成的工作包括：修改三个和体系结构相关的文件。这三个文件是：OS_CPU_C.c OS_CPU.h OS_CPU_A.s它们的作用是把卩C/OS-II操作系统紧紧的

13、附着在ARM处理器上，实现软件与硬件的协同。1) OS_CPU.h:a. 把编译器类型数据重定义为 UCOS-II内核所用的数据类型；b. 编写相应ADS或 SDT编译器的开关中断的函数；c. 定义单个堆栈的数据宽度；d. 定义微处理器的堆栈的增长方向；2) OS_CPU_C.c:文件中主要包括10个函数，其中一个是任务堆栈初始化函数，其他九个为操作系统扩展的钩子函数。在OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()中，通过调用任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit() 来初始化任务的堆栈结构，初始完毕后，堆栈看起来就像刚发生过中断并将所有的寄存器内容保 存到该任务堆栈

14、中的情形一样。3) OS_CPU_A.s:文件中主要包括 5个函数：OSStartHighRdy() 负责启动最高优先级任 务；OSIntCtxSw ()负责中断中的任务切换；OSCtxSw()负责任务切换；OSCPUSaveSR负责保存中断前的寄存器状态；OSCPURestoreSR()负责中断完成后，恢复中断前的状态。主体移植过程：1) .设置与处理器及编译器相关的代码OS_CPU.H2) .用C语言实现与处理器任务相关的函数OS_CPU_C.C；3) .处理器相关部分汇编实现。(二)测试过程：做完移植工作以后，就要测试移植是否正确，这其实是移植过程的最 后一步，应该首先不加任何用代码来测

15、试移植好的卩c/os n ，即应该首先测试内核自身的运行状况，这样做的目的是如果有些部分未能正常工作， 那就是移植本身的问题，而不是应用代码产生的问题，主要分为以下几个 步骤来进行移植的测试：首先，必须了解处理器所使用的编译器系统，这个步骤取决于使用的 编译器，在这期间是无代码的测试，其次，要验证OSTaskStkl nit()和OSStartHighRdy ()函数，在 OS_CFG.H 文件中设置 OS_TASK_STAT_EN 为0 ，只让一个空闲任务OS_TaskIdle ()运行，检查是否出错，然后需要验证任务级切换OSCtxSw ()函数，在测试任务TaskTest ()中加入OS

16、TimeDly ()函数， OSTimeDly ()函数接着调用OS_Sched ()，OS_Sched ()调用汇编语言编写的函数OSCtxSw ()函数，如果是正确配置了 SWI ， CPU就会开始执行 OSCtxSw ()，最后，需要验证 OSIntetxSw ()和 OSTicklSR ()函数。当上述的这些测试步骤都成功后，可以尝试运行一些具体的任务，按 照由简到繁的过程不断使测试变得复杂，来进一步验证内核的稳定性和系 统性能。第二节 UCOSSII多任务测试结果(一) ADS1.2下建立工程我们在ADS编译器中中进行了 UCOSII系统移植并编写了应用程序后，得 到如图4的目录，A

17、pplication/INC目录下存放的是操作系统下的应用程序的头文 件，Application/SRC目录下存放的是操作系统的应用程序；Startup44b0/INC目录下存放的是ARM的启动代码和CPU板初始化程序的头文件，Starup44b0/SRC 目录下存放的是ARM的启动源代码文件44binit.s，库文件44blib.c, CPU板的 初始化文件target.c,在这里我们没有串口初始化，主要是针对后面章节里有专门讲述如何填加串口驱动，如何利用串口收发的缘故。在UCOSII/CPU目录下存 放的是操作系统的移植文件，UCOSII/INC目录下存放的是和应用任务相关的头 文件，UC

18、OSII/SRC目录下存放的是 UCOSII操作系统的源代码，它们是由 Ucos_II.C文件嵌进来的。在 UCOSII的正常运行之前，还必须进行硬件系统的 初始化，这也就是需要文件夹 Startup44b 0的理由。Application£ confi 直,h-匕Startup44E0申©环忙target, h 團 44blib.h option, h9| 44k h±QSBC 44blil). c 44binit 9 target, eUCOSII泊 OS_CPU_A S 町 os_cpu. h'.4E CpU C. Q£ Ind'u

19、des. h os_cfg. h uCOSJICn qCOSII.H（二） ADS1.2下仿真、调试紧接着我们在ADS1.2下进行仿真调试，首先要连接wigger调试电缆，然后, 给实验箱上电，打开H JTAG程序，如图5，自动连接实验箱（或点击第二个 按钮detect target进行连接）。正确连接后出现图6的界面。ca cj rJ 1 cJJ=L E=L 1=1 J=L 1=1 1=1 J=L 口 1=1 JZZLUNKNOWNOjcFFFFFFFFDetect t arge t,H U-JTAG ServerFile Operations Settings 卜lei 口g亘X I 4越

20、E 1I1B口口口口SB lOxOOOOOOOOH H-JTAG ServerFile Operations Settings HelpOARM7TDMI X1F0F0F0FOnonnnnnnnnnnnn匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚= = = .Ready000000000图6如不能正确连接请检查电源是否打开和连线是否正确。当连上仿真器后，打开调试软件 AXD Debugger，如图7。点击 File|load image加载文件.axf。图7最后在实验箱上得到测试结果：一开始熄灭D7、D8灯，然后点亮D7熄灭D8的，最后熄灭D7点亮D8,并按此顺序循环执行。第三章结论1、卩C/OS- II在ARM7上移植的通用方法，但针对不同的处理器还需要作适当的修改，RTOS是当今嵌入式应用的热点，应用RTOS，可以提高产品的可靠 性,降低研发周期，其中卩C/OS- I具有很