基于stm32的ucosii系统移植.docx

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基于stm32的ucosii系统移植

基于STM32的u/COS-II系统移植

【摘要】本文硬件平台采纳ARM公司基于ARMV7架构的Cortex-M3系列处置器STM32F103，利用安富来公司现有的开发板，移植一个基于u/COS-II操作系统的应用程序框架（系统移植）；创建多个任务，并通过利用消息邮箱进行两个任务之间的通信。

本文重点是把u/COS-II系统移植到程序中来，进而把各个大体功能模块化，并划分为几个主任务，以便实现嵌入式系统的操作。

【关键字】u/COS-IISTM32系统移植消息邮箱串口通信

【引言】随着人类社会经济的不断进展，科研领域不断的拓宽，嵌入式系统产品渐渐完善，并在全世界各行业取得普遍应用。

通过移植嵌入式操作系统，运算性能够更好地治理内存，而且在专门大程度上提高系统的实时性。

本设计通过在STM32上移植u/COS-II操作系统，实现了流水灯闪烁，利用消息邮箱实现多任务间的通信，并通过串口将信息打印到PC终端等功能。

加深了笔者对嵌入式操作系统的明白得。

【正文】

1U/COS-II的简介

U/COS-II的前身是UCOS，最先出自于1992年美国嵌入式系统专家Jean在《嵌入式系统编程》杂志的5月和6月刊上刊登的文章连载，并把UCOS的源码发布在该杂志的BBS上。

目前最新的版本：

U/COS-lll已经出来，可是此刻利用最为普遍的仍是U/COS-II，本章咱们要紧针对U/COS-II进行介绍。

U/COS-II是一个能够基于ROM运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，专门适合于微处置器和操纵器，是和很多商业操作系统性能相当的实时操作系统（RTOS）。

为了提供最好的移植性能，U/COS-II最大程度上利用ANSIC语言进行开发，而且已经移植到近40多种处置器体系上，涵盖了从8位到64位各类CPU（包括DSP）。

U/COS-II是专门为运算机的嵌入式应用设计的，绝大部份代码是用C语言编写的。

CPU硬件相关部份是用汇编语言编写的，总量约200行的汇编语言部份被紧缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU上。

用户只要有标准的ANSI的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就能够够将U/COS-II嵌人到开发的产品中。

U/COS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2KB。

U/COS-II已经移植到了几乎所有知名的CPU上。

U/COS-II构思巧妙。

结构简练精练，可读性强，同时又具有了实时操作系统的全数功能，尽管它只是一个内核，但超级适合第一次接触嵌入式实时操作系统者，能够说是麻雀虽小，五脏俱全。

U/COS-II（版本）体系结构如图1所示：

图1：

U/COS-II体系结构图

本设计利用的是U/COS-II的最新版本：

版本，该版本U/COS-II比初期的U/COS-II（如）多了很多功能（比如多了软件按时器，支持任务数最大达到255个等），而且修正了很多已知BUG。

从上图能够看出，U/COS-II的移植，只需要修改：

、和等三个文件即可，其中：

，进行数据类型的概念，和处置器相关代码和几个函数原型；，是移植进程中需要汇编完成的一些函数，要紧确实是任务切换函数；，概念一些用户HOOK函数。

图中按时器的作用是为U/COS-II提供系统时钟节拍，实现任务切换和任务延时等功能。

那个时钟节拍由OS_TICKS_PER_SEC（中概念）设置，一样设置U/COS-II的系统时钟节拍为1ms~100ms，具体依照所用途理器和利用需要来设置。

本设计中，我利用STM32的SYSTICK按时器来提供U/COS-II时钟节拍。

U/COS-II初期版本只支持64个任务，可是从版本开始，支持任务数提高到255个，只是对一样利用者来讲一样64个任务都是足够多了，一样很难用到这么多个任务。

U/COS-II保留了最高4个优先级和最低4个优先级的总共8个任务，用于拓展利用，但事实上，U/COS-II一样只占用了最低2个优先级，别离用于空闲任务（倒数第一）和统计任务（倒数第二），因此剩下给咱们利用的任务最多可达255-2=253个（）。

所谓的任务，其实确实是一个死循环函数，该函数实现必然的功能，一个工程能够有很多如此的任务（最多255个），U/COS-II对这些任务进行调度治理，让这些任务能够并发工作（注意不是同时工作！

并发只是各任务连番占用CPU，而不是同时占用，任何时候仍是只有1个任务能够占用CPU），这确实是U/COS-II最大体的功能。

U/COS-II的任何任务都是通过一个叫任务操纵块（TCB）的东西来操纵的，每一个任务治理块有3个最重要的参数：

1，任务函数指针；2，任务堆栈指针；3，任务优先级；任务操纵块确实是任务在系统里面的身份证（U/COS-II通过优先级识别任务）。

在U/COS-II中，利用CPU的时候，优先级高（数值小）的任务比优先级低的任务具有优先利用权，即任务就绪表中老是优先级最高的任务取得CPU利用权，只有高优先级的任务让出CPU利用权（比如延时）时，低优先级的任务才能取得CPU利用权。

U/COS-II不支持多个任务优先级相同，也确实是每一个任务的优先级必需不一样。

任务的调度其实确实是CPU运行环境的切换，即：

PC指针、SP指针和寄放器组等内容的存取进程。

U/COS-II的每一个任务都是一个死循环。

每一个任务都处在以下5种状态之一的状态下，这5种状态是：

睡眠状态、就绪状态、运行状态、等待状态（等待某一事件发生）和中断效劳状态。

在U/COS-II中，与任务相关的几个重要函数：

1）创建任务函数

若是想让U/COS-II治理用户的任务，必需先成立任务。

U/COS-II提供了2个成立任务的函数：

OSTaskCreat和OSTaskCreatExt，咱们一样用OSTaskCreat函数来创建人任务，该函数的原型为OSTaskCreate（void（*task）（void*pd）,void*pdata,OS_STK*ptos,INTUprio）。

该函数包括4个参数：

task：

是指向任务代码的指针；pdata：

是任务开始执行时，传递给任务的参数的指针；ptos：

是分派给任务的堆栈的栈顶指针；prio是分派给任务的优先级。

每一个任务都有自己的堆栈，堆栈必需申明为OS_STK类型，而且由持续的内存空间组成。

能够静态分派堆栈空间，也能够动态分派堆栈空间。

OSTaskCreatExt也能够用来创建任务。

2）改变任务的优先级函数

U/COS-II在成立任务时，会分派给任务一个优先级，可是那个优先级并非是一成不变的，而是能够通过挪用U/COS-II提供的函数修改。

U/COS-II提供的任务优先级修改函数原型为：

INT8UOSTaskChangePrio（INT8Uoldprio,INT8Unewprio）。

3）任务挂起函数

任务挂起只是将被挂起任务的就绪标志删除，并做任务挂起记录，并无将任务操纵块任务操纵块链内外面删除，也不需要释放其资源。

被挂起的任务，在恢复（解挂）后能够继续运行。

U/COS-II提供的任务挂起函数原型为：

INT8UOSTaskSuspend（INT8Uprio）。

4）任务恢复函数

有任务挂起函数，就有任务恢复函数，通过该函数将被挂起的任务恢复，让调度器能够从头调度该函数。

U/COS-II提供的任务恢复函数原型为：

INT8UOSTaskResume（INT8Uprio）。

2.U/COS-II信号量和邮箱简介

系统中的多个任务在运行时，常常需要相互无冲突地访问同一个共享资源，或需要相互支持和依托，乃至有时还要相互加以必要的限制和制约，才保证任务的顺利运行。

因此，操作系统必需具有对任务的运行进行和谐的能力，从而使任务之间能够无冲突、流畅地同步运行，而不致致使灾难性的后果。

例如，任务A和任务B共享一台打印机，若是系统已经把打印机分派给了任务A，那么任务B因不能取得打印机的利用权而应该处于等待状态，只有当任务A把打印机释放后，系统才能唤醒任务B使其取得打印机的利用权。

若是这两个任务不如此做，那么会造成极大的混乱。

任务间的同步依托于任务间的通信。

在U/COS-II中，是利用信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些被称作事件的中间环节来实现任务之间的通信的。

两个任务通过事件进行通信的示用意如图2所示：

图2：

两个任务利用事件进行通信的示用意

在图2中任务1是发信方，任务2是收信方。

任务1负责把信息发送到时刻上，这项操作叫做发送事件。

任务2通过读取事件操作对事件进行查询：

若是有信息那么读取，不然等待。

读事件操作叫做请求事件。

为了把描述事件的数据结构统一路来，U/COS-II利用叫做事件操纵块（ECB）的数据结构来描述诸如信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些事件。

事件操纵块中包括包括等待任务表在内的所有有关事件的数据，事件操纵块结构体概念如下：

typedefstruct

{

INT8UOSEventType;硬件部份

本实验功能简介：

本程序共创建了6个任务：

1）u/COS-IIIdle任务，这是由操作系统创建的空闲任务，优先级最低

2）u/COS-IIStat任务，这是由操作系统创建的统计任务，统计CPU运行时刻、CPU占用率等

3）u/COS-IITmr任务，这是由操作系统创建的按时器任务，为应用程序提供软件按时器

4）AppTaskStart任务，这是由用户创建的启动任务，完成如下工作：

（a）初始化BSP

（b）创建1个邮箱AppUserIFMbox

（c）创建2个任务，1个是用户界面任务AppTaskUserIF，1个是按键检测任务AppTaskKbd

（d）以后操纵LED1指示灯依照100ms的周期闪烁

5）AppTaskKbd任务，这是由AppTaskStart创建的按键检测任务

按键检测任务AppTaskKbd实时检测USER键和TAMPER键的状态，当有键按下时，那么向邮箱AppUserIFMbox发送一条消息，消息内容为按键码变量的指针。

6）AppTaskUserIF任务，这是由AppTaskStart创建的用户界面任务户界面任务AppTaskUserIF等待邮箱中的消息，若是USER键按下的消息那么打印u/COS-II系统信息，若是收到TAMPER键按下那么打印所有的任务名称和任务优先级；若是没有收到任何信息那么打印一个旋转的字符和CPU运行时刻（单位为1个滴答）。

所要用到的硬件资源如下：

（1）指示灯LD1，LD2，LD3，LD4

（2）2个按键（USER/TAMPER）

（3）RS232串口

安富来开发板CPU对应的GPIO：

a）PB15连接了LED1指示灯，输出低电平点亮LED

b）PE1连接了USER键，低电平表示按下

c）PC13连接了TAMPER键，低电平表示按下

CPU的USART1:

a）PA9用于USART1的TX，连接到板子上的RS232芯片（SP3232）

b）PA10用于USART1的RX，连接到板子上的RS232芯片（SP3232）

c）串口为2线模式，无硬件流控，即无CTS和RTS口线

d）波特率为115200bps

e）8个数据位、1个起始位、1个停止位、无校验位、bit0先传输

f）软件查询方式，未用中断

CPU的中断

a）PendSVHandler用于u/COS-II内核，中断向量等于OSPendSV（）函数地址

b）SysTick_Handler用于u/COS-II滴答，挪用了Tmr_TickISR_Handler（）函数

4.软件部份

（1）main（）函数

功能说明：

标准C函数入口

intmain（void）

{

CPU_INT08Uerr;

SystemInit（）;

/*禁止所有的中断*/

BSP_IntDisAll（）;

/*初始化"uC/OS-II"内核*/

OSInit（）;

/*创建一个启动任务（也确实是主任务）。

启动任务会创建所有的应用程序任务*/

OSTaskCreateExt（AppTaskStart,/*启动任务函数指针*/

（void*）0,/*传递给任务的参数*/

（OS_STK*）&AppTaskStartStk[APP_TASK_START_STK_SIZE-1],/*指向任务栈栈顶的指针*/

APP_TASK_START_PRIO,/*任务的优先级，必须唯一，数字越低优先级越高*/

APP_TASK_START_PRIO,/*任务ID，一般和任务优先级相同*/

（OS_STK*）&AppTaskStartStk[0],/*指向任务栈栈底的指针。

OS_STK_GROWTH决定堆栈增加方向*/

APP_TASK_START_STK_SIZE,/*任务栈大小*/

（void*）0,/*一块用户内存区的指针，用于任务控制块TCB的扩展功能

（如任务切换时保留CPU浮点寄放器的数据）。

一样不用，填0即可*/

OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR）;/*任务选项字*/

/*概念如下：

OS_TASK_OPT_STK_CHK使能检测任务栈，统计任务栈已用的和未用的

OS_TASK_OPT_STK_CLR在创建任务时，清零任务栈

OS_TASK_OPT_SAVE_FP若是CPU有浮点寄放器，那么在任务切换时保留浮点寄放器的内容

*/

/*指定任务的名称，用于调试。

那个函数是可选的*/

OSTaskNameSet（APP_TASK_START_PRIO,APP_TASK_START_NAME,&err）;

/*启动多任务系统，操纵权交给uC/OS-II*/

OSStart（）;

}

（2）任务启动函数AppTaskStart（）

功能说明：

这是一个启动任务，在多任务系统启动后，必需初始化滴答计数器（在BSP_Init中实现）在该任务中操纵流水灯的闪烁程序如下：

/*任务主体，必需是一个死循环*/

while

（1）

{

for（j=0;j<4;j++）

{

for（i=1;i<=4;i++）

{

bsp_LedOn（i）;

OSTimeDlyHMSM（0,0,0,50）;

bsp_LedOff（i）;

OSTimeDlyHMSM（0,0,0,50）;

}02d\r\n",OSVersion（）/100,OSVersion（）%100）;

/*打印滴答（心跳）速度，即每秒多少次心跳*/

printf（"TickRate:

%d\r\n",OS_TICKS_PER_SEC）;

/*打印CPU占用率*/

printf（"CPUUsage:

%02d%%\r\n",OSCPUUsage）;

/*打印CPU速度*/

printf（"CPUSpeed:

%dMHz\r\n",BSP_CPU_ClkFreq（）/1000000L）;

/*打印CPU已运行时刻（单位：

滴答）*/

printf（"#Ticks:

%d\r\n",OSTime）;

/*打印上下文切换次数（contextswitches）*/

printf（"#CtxSw:

%d\r\n",OSCtxSwCtr）;

}

（7）任务信息打印函数DispTaskInfo（）

staticvoidDispTaskInfo（void）

{

OS_TCB*ptcb;/*定义一个任务控制块指针,TCB=TASKCONTROLBLOCK*/

OS_STK_DATAstk;/*用于读取任务栈使用情况*/

ptcb=&OSTCBTbl[0];/*指向第1个任务控制块（TCB）*/

/*打印题目*/

printf（"MicriumuC/OS-II\r\n"）;

printf（"STSTM32（Cortex-M3）\r\n"）;

printf（"PrioUsedFreePerTaskname\r\n"）;

/*遍历任务操纵块列表（TCBlist），打印所有的任务的优先级和名称*/

while（ptcb!

=NULL）

{

/*

ptcb->OSTCBPrio:

任务操纵块中保留的任务的优先级

ptcb->OSTCBTaskName:

任务操纵块中保留的任务名称，需要在创建任务的时候

挪用OSTaskNameSet（）指定任务名称，比如：

OSTaskNameSet（APP_TASK_USER_IF_PRIO,"UserI/F",&err）;

*/

OSTaskStkChk（ptcb->OSTCBPrio,&stk）;/*获得任务栈已用空间*/

printf（"%2d%5d%5d%02d%%%s\r\n",ptcb->OSTCBPrio,

,*100）/+,

ptcb->OSTCBTaskName）;

ptcb=ptcb->OSTCBPrev;/*指向上一个任务控制块*/

}

}

5.系统功能

系统上电后，流水灯以100ms的周期“从左到右流动”→“从右到左流动”→“四个灯同时闪烁”；按键检测任务AppTaskKbd实时检测USER键和TAMPER键的状态，当有键按下时，那么向邮箱AppUserIFMbox发送一条消息，消息内容为按键码变量的指针。

用户界面任务AppTaskUserIF等待邮箱中的消息，若是USER键按下的消息那么打印u/COS-II系统信息，若是收到TAMPER键按下那么打印所有的任务名称和任务优先级。

具体运行结果如以下图（图3-图6）所示：

图3：

流水灯流动

图4：

流水灯闪烁

图5：

TAMPER键按下打印所有的任务名称和任务优先级

图6：

USER键按下打印u/COS-II系统信息

6心得体会

《嵌入式测控系统》是一门实践性很强的课，专门U/COS-II操作系统，关于一名仪器科学与技术的学生来讲，扎实把握该操作系统是一项必备的专业技术。

我关于这门课的学习，很多知识是从课件上看来的，而且看完以后，感觉自己已经把握的专门好了，但实际真正做东西的时候，仍是会感觉困难重重，而此时再去参考课件，便有了对知识的更深层次的明白得。

其实在这方面最应该感激的是网络给咱们带来的方便，通过上网搜索，很多问题都能够迎刃而解，而且很多网友都有自己独特的观点，在他们的讨论中看到了很多有效的东西。

“学以促用，用以促学，而且带着问题学习才能学到真正的知识”，这是这门专业课带给我的重要熟悉。

在这学期的学习中我学到了很多，也熟悉到我需要学习的东西更多，仅凭此刻学到的东西是远远不够的，要想在这方面作出一些成绩，必需继续尽力学下去。

7参考文献

1.《嵌入式实时操作系统uC/OS-II原理及应用》北京航空航天大学出版社出版，任哲编著

2.《UCOSII在STM32的移植详解.pdf》战舰开发板配套资料

3.《ucosII实时操作系统》北京航空航天大学出版社出版，任哲编著

4.《STM32开发指南-库函数版本.pdf》安富来开发板配套资料

毕业设计（论文）治理规定

及相关表格汇编

本科生毕业设计（论文）治理规定……………………1

毕业论文（设计）工作实施细那么（草案）……………2

优秀毕业论文评选方法………………………………7

毕业论文的写作与排版标准…………………………10

毕业设计（论文）写作模板…………………………14

毕业设计（论文）答辩提问记录表………………21

毕业设计第周工作总结……………………22

毕业设计（论文）进程跟踪表……………………23

毕业设计（论文）课题申请表………………………24

毕业设计（论文）任务书…………………………25

毕业设计（论文）开题报告…………………………26

毕业设计工作中期检查Ⅰ…………………………27

毕业设计工作中期检查Ⅱ……………………………28

大学

本科生毕业设计（论文）治理规定

为提高本科生毕业设计（论文）质量，增强毕业生毕业设计治理工作，特制定如下规定：

1．本科毕业设计工作从第七学期（四年级第一学期）考试周前，完成教师选题、师生见面及指导教师向学生下达任务书（见附表一）。

毕业设计从第八学期开学正式开始，十六周内完成。

2．毕业设计开始时，教师必需填写毕业设计课题申请表、并由系汇总后交院毕业设计领导小组审核。

（见附表）。

3．指导教师必需按期对学生辅导（每周至少两次），并将确信的周辅导时刻上报教学办，教学办将按期和不按期进行检查。

4．指导教师自行组织学生的开题报告，并填写开题报告表（见附表二）

5．增强中期的监督与检查，第一次检查时刻定在第五周，检查内容含学生资料阅读，方案论证情形。

第二次检查定在第十周，形式为：

由指导教师组织，院毕业设计领导小组成员旁听，学生口头汇报。

要紧检查学生的时期性结果。

两次检查学生均应填写中期检查报告表格（见附表三、四），指导教师或系对检查情形写出书面评语。

6．学生需上交一篇与本专业有关很多于5000字的外文文章翻译，并将原文和译文用A4打印加自设计封皮一路装订成册。

7．论文答辩前，指导教师必需给出评语及评分，然后由各系主任指定其他评阅人对论文进行评阅及评分（请参考毕业论文书面成绩评分表规定的评分标准评分）。

8．论文答辩由各系组织，并成立答辩委员会对所有学生论文进行答辩。

答辩必需给出答辩委员会意见及评分并填写相应表格。

答辩委员会成员必需按评分表中各项指标标准进行评分，然后由各成员给出的分数计算出得分。

9．毕业设计（论文）最终成绩计算：

指导教师评分x30%+评阅人评分x30%+答辩委员会评分x40%=总分

10．毕业设计（论文）提交的文档及装订要求

（1）毕业论文一份（包括封皮、目录、中英文摘要、内容及参考文献）

（2）很多于5000汉字的科技翻译资料一份（并将原文和译文用A4打印加自设计封皮一路装订成册）

（3）毕业论文简介（A4纸打印1~2页）（包括题目、专业、年级、姓名、指导教师、毕业论文所做的工作、解决的问题、创新的地方等）

（4）毕业设计任务书（加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订，）

（5）开题报告（加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订，）

（6）毕业设计工作中期检查表Ⅰ、Ⅱ

注（4）（5）（6）加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订。

11．毕业设计（论文）随正式论文一概附交电子文档（光盘或软盘）。

被推荐参加学校优秀毕业设计（论文）3%评选的，还要另附（符合发表格式要求的）修改成5000字左右的电子文档。

　2005年12月修订

大学

毕业设计（论文）工作实施细那么（试行）

依照《毕业设计（论文）工作暂行规定》，为了进一步标准毕业设计（论文）工作的各个环节，结合我院实际情形，经院教学指导委员会讨论，院长办公联席会议通过，对我院毕业设计（论文）工作特制订以下实施细那么。

一、指导教师资格

毕业设计（论文）的指导教师原那么上应由各专业具有中级（含中级）以上专业技术职务的教师担任。

也能够聘用具有相应职称、学术水平高的工程技术人员担任。

指导教师名