uCOSII在ARM微处理器上的移植和编译课程设计报告书.docx
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uCOSII在ARM微处理器上的移植和编译课程设计报告书
ARM原理与应用报告
一、设计内容
1.用ADS1.2IDE软件进行程序代码编译设计，生成可执行的输出文件，并显示运行结果，实现uC/OS-II 内核在ARM处理器上移植。
2.uC/OS-II 在ARM 微处理器上的移植及编译。
二、设计目的与要求
目的:
ARM原理与应用课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次专业训练，也是对学生掌握和应用嵌入式系统相关知识能力的有效测试。
通过ARM原理与应用课程设计，使学生初步了解嵌入式系统软件开发的一般过程和基本设计方法，使学生进一步巩固和加深所学的专业理论知识，培养学生文献查阅、报告撰写等基本技能；培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力；培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。
要求:
1）了解uC/OS-II内核的主要结构。
2）掌握将uC/OS-II内核移植到ARM处理器上的基本方法。
3）在给定的设备（UP-TECHPXA270-S嵌入式开发平台、PC机、WinXP、ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序）上加以实验，学会自己分析、找出解决问题的方法。
4）对设计中遇到的问题和困难，独立思考，查阅资料，分析、观察、判断、试验、再判断以寻找答案。
5）分析结果，写出设计总结报告论述自己的观点，并应将参考资料列在报告后面以备查询。
内容尽量翔实（如上机过程、环境搭建），其中必须有按自己所理解、用自己的语言所描述的内容。
三、设计环境或器材、原理与说明
环境:
硬件：
PC机，博创UP-TECHPXA27-S目标板ARM7TDMI微处理器，串口线，并口JTAG转换线；
软件：
MS.Virtual.PC.2004，WindowsXP系统，ADS1.2IDE编译环境，LPC2000FlashUtility烧写程序、超级终端通讯程序.
原理与说明:
1.《ARM原理与应用》课程设计题目涉及ARM应用的诸多方面，须经过思考和认真的学习，有一定难度，在深度方面主要要求学生对具体ARM指令的分析理解，目标板ARM处理器的硬件认识了解，ADS1.2IDE软件的操作能力，解读uC/OS-II内核的自学能力以及自我解决问题的能力。
2.µc/os-ii是一个完整的，可移植、可固化、可裁减的占先式实时多任务内核，它功能强大，支持56个用户任务，支持信号量、邮箱、消息队列等多种常用的进程间通信机制。
公开源代码，程序可读性强、移植性好，同时可免费获得。
lpc2119是由philips生产的一款32位arm7tdmi-s微处理器，其核心为高性能的32位risc体系结构，并具有高密度的16位指令集和极低的功耗。
具有零等待128K字节的片内Flash，16k的Sram，无需扩展存储器，使系统更为简单、可靠。
四、设计过程（步骤）或程序代码
源代码:
1.OS_CPU.H文件
该文件定义了和处理器相关的定义及一些全局函数声明。
由于ARM7处理器字长为32位，半字长为16位，字节为8位，因此在OS_CPU.h文件修改了一些相关定义以确保uC/OS-Ⅱ的可移植性：
#ifndef__OS_CPU_H__
#define__OS_CPU_H__
#ifdefOS_CPU_GLOBALS
#defineOS_CPU_EXT
#else
#defineOS_CPU_EXTextern
#endif
typedefunsignedcharBOOLEAN;
typedefunsignedcharINT8U;/*Unsigned8bitquantity*/
typedefsignedcharINT8S;/*Signed8bitquantity*/
typedefunsignedintINT16U;/*Unsigned16bitquantity*/
typedefsignedintINT16S;/*Signed16bitquantity*/
typedefunsignedlongINT32U;/*Unsigned32bitquantity*/
typedefsignedlongINT32S;/*Signed32bitquantity*/
typedeffloatFP32;/*Singleprecisionfloatingpoint*/
typedefdoubleFP64;/*Doubleprecisionfloatingpoint*/
typedefunsignedintOS_STK;/*Eachstackentryis16-bitwide*/
typedefunsignedintOS_CPU_SR;/*DefinesizeofCPUstatusregister（PSR=32bits）*/
#defineBYTEINT8S/*Definedatatypesforbackwardcompatibility...*/
#defineUBYTEINT8U/*...touC/OSV1.xx.Notactuallyneededfor...*/
#defineWORDINT16S/*...uC/OS-II.*/
#defineUWORDINT16U
#defineLONGINT32S
#defineULONGINT32U
从上面定义可看出，uC/OS-Ⅱ代码不使用C的short，int和long等数据类型，这是因为它们是与编译器相关的，不可移植。
uC/OS-Ⅱ需要先禁止中断再访问代码的临界段，并且在访问后重新允许中断，这就使得uC/OS-Ⅱ能够保护临界段代码免受多任务或中断服务例程的破坏。
uC/OS-Ⅱ对关中断以及开中断的宏定义如下：
#defineOS_CRITICAL_METHOD3
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
/*criticalsectionmacrosuse"method3"（savetolocalvar"cpu_sr"）*/
externintINTS_OFF（void）;/*ASMroutinestotwiddlebits*/
externvoidINTS_ON（void）;
#defineOS_ENTER_CRITICAL（）{cpu_sr=INTS_OFF（）;}
#defineOS_EXIT_CRITICAL（）{if（cpu_sr==0）INTS_ON（）;}
#else
#errorpleasedefinecriticalmethod
#endif
#defineOS_STK_GROWTH1/*StackgrowsfromHIGHtoLOWmemoryon80x86*/
//#defineOS_TASK_SW（）OSCtxSw（）
#endif/*__OS_CPU_H__*/
uC/OS-Ⅱ可以处理从下往上长以及从上往下长两种堆栈方式，但由于ARM处理器的堆栈都是从上往下生长，也就是高地址到低地址的生长方向，因此宏定义如下：
#defineOS_STK_GROWTH1/*堆栈从上往下增长,1向上,0向下*/
2.OS_CPU_C.C文件
在这个文件里主要是OSTaskStkInit（）函数和一些钩子函数，需要关心的是OSTaskStkInit（）。
OSTaskStkInit（）是任务堆栈初始化函数，它由任务建立函数OSTaskCreateExt（）调用，用于初始化任务的堆栈，堆栈的结构初始化成看起来刚刚发生过中断一样，所有的寄存器都被入栈。
在ARM体系结构下，任务堆栈空间由高至低依次将保存着pc、lr、r12、r11、r10、…、r1、r0、cpsr、spsr。
OSTaskStkInit（）函数有四个参数，task，pdata，ptos，opt，它们和建立任务所使用的参数是一致的。
函数返回堆栈指针所指的地址。
当我们使用OSTaskCreateExt（）来建立任务时，就把上述四个参数传递给OSTaskStkInit（）函数，初始化好堆栈，再返回给OSTaskCreateExt（）堆栈指针，继续走下去。
OSTaskStkInit（）函数代码最后，使用R0来传递参数，这是符合ARM汇编的规范，使用R0来传递第一个参数。
#include"includes.h"/*fromuCOSdirectory*/
//#include"ipport.h"/*fromInternichedirectory*/
/*ARMCPU"supervisor"modeforPSRregisters,withINTsenabled*/
#defineSUPMODE0x13
OS_STK*OSTaskStkInit（void（*task）（void*pd）,void*pdata,OS_STK*ptos,INT16Uopt）
{unsignedint*stk;
stk=（unsignedint*）ptos;/*加载堆栈指针*/
//USE_ARG（opt）;
opt++;/*buildastackforthenewtask*/
/*建立任务环境，ADS1.2使用满递减堆栈*/
*--stk=（unsignedint）task;/*pc*/
*--stk=（unsignedint）task;/*lr*/
*--stk=12;/*r12*/
*--stk=11;/*r11*/
*--stk=10;/*r10*/
*--stk=9;/*r9*/
*--stk=8;/*r8*/
*--stk=7;/*r7*/
*--stk=6;/*r6*/
*--stk=5;/*r5*/
*--stk=4;/*r4*/
*--stk=3;/*r3*/
*--stk=2;/*r2*/
*--stk=1;/*r1*/
*--stk=（unsignedint）pdata;/*r0,第一个参数使用R0传递*/
*--stk=（SUPMODE）;/*cpsr*/
*--stk=（SUPMODE）;/*spsr*/
return（（OS_STK*）stk）;}
#ifOS_CPU_HOOKS_EN
voidOSTaskCreateHook（OS_TCB*ptcb）/*任务创建钩子函数,当任务被创建时调用该函数*/
{ptcb=ptcb;}/*ptcb没有用,是为了防止编译器警告*/
voidOSTaskDelHook（OS_TCB*ptcb）/*任务删除钩子函数,当任务被删除时调用该函数*/
{ptcb=ptcb;}/*ptcb没有用,是为了防止编译器警告*/
voidOSTaskSwHook（void）{}/*任务切换函数,可以在执行其他操作时进行上下文切换。
*/
voidOSTaskStatHook（void）{}/*任务统计钩子函数*/
voidOSTimeTickHook（void）{}
voidOSTCBInitHook（OS_TCB*ptcb）
{ptcb=ptcb;}/*PreventCompilerwarning*/
voidOSTaskIdleHook（void）{}
voidOSInitHookEnd（void）{}
voidOSInitHookBegin（void）{}
#endif
3.OS_CPU_A.S文件
该文件的是移植的关键所在，在本文件中必须完成四个函数的编写工作，它们分别为OSIntCtxSw（），OSCtxSw（），OSStartHighRdy（）和OSTickISR（）。
其中前两个函数是重中之重，它们必须用汇编语言编写，主要完成任务环境的切换工作。
AREA|subr|,CODE,READONLY
EXPORTOSIntCtxSw
EXPORTOS_TASK_SW
EXPORTINTS_OFF
EXPORTINTS_ON
INTS_OFF
mrsr0,cpsr;currentCSR
movr1,r0;makeacopyformasking
orrr1,r1,#0xC0;maskoffintbits
msrCPSR_cxsf,r1;disableints（IRQandFIQ）
andr0,r0,#0x80;returnFIQbitfromoriginalCSR
movpc,lr;return
INTS_ON
mrsr0,cpsr;currentCSR
bicr0,r0,#0xC0;maskonints
msrCPSR_cxsf,r0;enableints（IRQandFIQ）
movpc,lr;return
;Externalsymbolsweneedtheaddressesof
IMPORTOSTCBCur
addr_OSTCBCurDCDOSTCBCur
IMPORTOSTCBHighRdy
addr_OSTCBHighRdyDCDOSTCBHighRdy
IMPORTOSPrioCur
addr_OSPrioCurDCDOSPrioCur
IMPORTOSPrioHighRdy
addr_OSPrioHighRdyDCDOSPrioHighRdy
IMPORTIRQStack;FIQ_STACK
OSIntCtxSw
;postFIQContextswitcher.ThisiscalledfromOSIntExitwhenahookedISR
;wantstoreturninthecontextofanothertask.Weloadthenewtaskscontext
;（fromOSPrioHighRdy）anddothereturnfrominterrupt.
;GetpointertostackwhereISR_FiqHandlersavedinterruptedcontext
;ISRentryonlysavesfirstsevenregsandLR.
;
;addr7,sp,#24;savepointertoregisterfile,wemustadjustthispointertothepositionthatjustEnterInterrupt
LDRsp,=IRQStack;IRQ_STACK;testtodelit
subr7,sp,#4;r7isthepositionthatjustEnterInterrupt
;ChangeARMCPUtoSVCmodeforstackoperations.
;ThisgetstheCPUofftheinterruptstackandbacktothe
;interruptedtask'sstack,whichistheonewewanttoalter.
;
mrsr1,SPSR;getsuspendedPSR
orrr1,r1,#0xC0;disableIRQ,FIQ.
msrCPSR_cxsf,r1;switchmode（sholdbeSVC_MODE）
;PSR,SP,LRregsarenowrestoredtotheinterruptedSVC_MODE.
;nowsetupthetask'sstackframeasOS_TASK_SWdoes...
;ldrr0,[r7,#52];getIRQ'sLR（tasksPC）fromIRQstack//r0-r12
ldrr0,[r7];getIRQ'sLR（tasksPC）fromIRQstack
subr0,r0,#4;ActualPCaddressis（saved_LR-4）
STMFDsp!
{r0};savetaskPC
STMFDsp!
{lr};saveLR
sublr,r7,#52;//wesavether0-r12whenweenterIRQ.
;movlr,r7;saveFIQstackptrinLR（goingtonuker7）
ldmfdlr!
{r0-r12};getsavedregistersfromFIQstack
STMFDsp!
{r0-r12};saveregistersontaskstack
;savePSRandPSRfortaskontask'sstack
MRSr4,CPSR
bicr4,r4,#0xC0;leaveinterruptbitsinenabledmode
STMFDsp!
{r4};savetask'scurrentPSR
MRSr4,SPSR
STMFDsp!
{r4};SPSRtoo
;OSPrioCur=OSPrioHighRdy//changethecurrentprocess
LDRr4,addr_OSPrioCur
LDRr5,addr_OSPrioHighRdy
LDRBr6,[r5]
STRBr6,[r4]
;Getpreemptedtasks'sTCB
LDRr4,addr_OSTCBCur
LDRr5,[r4]
STRsp,[r5];storespinpreemptedtasks'sTCB
;GetnewtaskTCBaddress
LDRr6,addr_OSTCBHighRdy
LDRr6,[r6]
LDRsp,[r6];getnewtask'sstackpointer
;OSTCBCur=OSTCBHighRdy
STRr6,[r4];setnewcurrenttaskTCBaddress
LDMFDsp!
{r4}
MSRSPSR_cxsf,r4
LDMFDsp!
{r4}
BICr4,r4,#0xC0;wemustexittonewtaskwithintsenabled
MSRCPSR_cxsf,r4
LDMFDsp!
{r0-r12,lr,pc}
;voidOS_TASK_SW（void）
;Performacontextswitch.
;Onentry,OSTCBCurandOSPrioCurholdthecurrentTCBandpriority
;andOSTCBHighRdyandOSPrioHighRdycontainthesameforthetask
;tobeswitchedto.
;Thefollowingcodeassumesthatthevirtualmemoryisdirectly
;mappedintophysicalmemory.Ifthisisnottrue,thecachemust
;beflushedatcontextswitchtoavoidaddressaliasing.
OS_TASK_SW
STMFDsp!
{lr};savepc
STMFDsp!
{lr};savelr
STMFDsp!
{r0-r12};saveregistersandretaddress
MRSr4,CPSR
STMFDsp!
{r4};savecurrentPSR
MRSr4,SPSR
STMFDsp!
{r4};saveSPSR
;OSPrioCur=OSPrioHighRdy
LDRr4,addr_OSPrioCur
LDRr5,addr_OSPrioHighRdy
LDRBr6,[r5]
STRBr6,[r4]
;GetcurrenttaskTCBaddress
LDRr4,addr_OSTCBCur
LDRr5,[r4]
STRsp,[r5];storespinpreemptedtasks'sTCB
;GethighestprioritytaskTCBaddress
LDRr6,addr_OSTCBHighRdy
LDRr6,[r6]
LDRsp,[r6];getnewtask'sstackpointer
;OSTCBCur=OSTCBHighRdy
STRr6,[r4];setnewcurrenttaskTCBaddress
;restoretask'smoderegsiters
LDMFDsp!
{r4}
MSRSPSR_cxsf,r4
LDMFDsp!
{r4}
MSRCPSR_cxsf,r4
;returninnewtaskcontext
LDMFDsp!
{r0-r12,lr,pc}
;voidOSStartHighRdy（void）
;Startthetaskwiththehighestpriority;
EXPORTOSStartHighRdy
OSStartHighRdy
LDRr4,addr_OSTCBCur;GetcurrenttaskTCBaddress
LDRr5,addr_OSTCBHighRdy;GethighestprioritytaskTCBaddress
LDRr5,[r5
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