ucos操作系统在ARM上的移植.docx

1、ucos操作系统在ARM上的移植UC/OS-II嵌入式系统在ARM上的移植UC/OS-II操作系统是一款完全公开的源代码，它非常精简，整个操作系统的代码只有几千行，是专门针对于嵌入式开发而产生的一款代码。它有几个特点，分别是可移植性（Portable）、可固化（ROMable）、可裁剪（Scalable）、多任务、可确定性、任务栈、系统服务、中断管理、稳定性可靠性。UC/OS-II主要就是一个内核，由ANSIC语言编写而成。负责任务管理和任务调度，没有文件系统和界面系统。它的代码是公开的，系统的实时性强、移植性好、可多任务。UC/OS-II作为基于优先级的抢占式多任务的实时操作系统，包含了实时

2、内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理的功能。它使得任务的独立性，不相互干涉，非常的准时和高效，且易于设计和扩展。UO/OS-II共有16个内核文件，11个与CPU类型无关，就是说可以直接使用不需要修改。还有3个内核文件与CPU有关系，要根据需要作出相应的改动。剩下的两个内核文件和具体的应用有关。如图所示UC/OS-II的16个内核文件的层次。C/OS-II内核文件多任务操作的核心是系统调度器，利用TCB来管理任务调度功能。它的主要功能是保存任务的当前态、优先级、等待事件、代码起始地址、初始堆栈指针等。程序的设计关键就是确定划分多任务的问题，以及任务优先级和任务通信。优先级的意思是

3、每个任务都是无限循环的，有运行态度、就绪态、休眠态、挂起态和中断五种状态。当有高一级优先级的任务就绪后，低优先级立即停止运行，转为挂起态或就绪态。这就是可剥夺型的内核。当中断一个高优先级任务，中断时挂起，中断结束后任务继续运行，并立即剥夺低优先级的任务。对于这种可剥夺型内核，CPU的使用时可以确定的，可优化任务级响应。在很多单片机或ARM板上很容易就可以移植UC/OS-II。当然本次设计使用的TQ2440，也可以完美的移植它。移植程序在网上都可以找得到，所以设计中就不做解释了。本次设计实现的是串口协议和网口协议组合成的一个数据网关。其主要的流程图如下所示： 如图所示可以很清楚的看出内核操作系统

4、对于整个系统的控制过程，下面我们要介绍一下UC/OS-II里面的一些程序。用户应用程序任务定义代码如下：void MyTask( void *pdata) /开始定义用户任务 for(;) . void main() TargetInit(); /完成初始化目标开发板。 OSInit (); /完成初始化UCOS-II。 OSTimeSet(0); /完成初始化系统时基。 OSTaskCreate (MainTask,(void *)0, &MainTaskStkMainTaskStkLengh - 1, MainTaskPrio); /开始创建系统初始任务。 OSStart (); /整个任

5、务开始。 return 0;void Task0(void *pdata) /主任务建立：taks0 和 task1 #if OS_CRITICAL_METHOD = 3 /* 分配CPU状态寄存器*/ OS_CPU_SR cpu_sr; #endif OS_ENTER_CRITICAL(); Timer0Init(); /初始化报时信号 ISRInit(); /初始化中断优先级 OS_EXIT_CRITICAL(); OSPrintfInit(); /用户任务给串口 DM9000_init(); OSStatInit(); while(1) OSPrintf(nEnter Main Task

6、n); /测试Dm9000 /打印DM9000寄存器 OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC); 需要注意的是，C/OS-II的应用程序要使用空闲任务OSTaskldle（）,而它是不可删除的系统文件。下面开始对应用程序进行移植了。本次设计是在ARM开发板上实现串口、网口数据转换的的功能。在TQ2440上有串口和网口。通信过程简单的描述就是PC串口发送数据给ARM板，ARM接到串口数据后，从网口再传给PC。相反也是同样的道理，由网口发送数据，有ARM控制由串口发回数据。首先是TCP/IP协议的移植。在编写移植程序前，有必要解释一下基本的协议栈作用和意义。就常见的网络通信方式一般来

7、说有两种：1、UART-RS232，此时只需要pc上有串口调试助手即可。2、TCP/IP，这时候和普通pc与pc通信一样 可以用socket套接字编程也可用别人写好的软件侦听。而现在我们要实现的是串口控制单片机与PC机的通信，在这里用PC来代替以太网。接下来还要介绍一下以太网接口。以太网技术如今已经相当的成熟了，其相应的网络产品价格低廉、技术完善。而数据总线如今越来越难以满足人们日益提升的需要，这时以太网控制网络技术得到了快速的发展，并形成了现场总线的新标准。加上国内大部分局域网是以太网，给予以太网实现现场总线有了雄厚的物质基础。以太网的接口就是以太网同信的基础，是通信介质通信的中间处理部件，

8、实现报文的发送与接收功能，位于TCP/IP协议栈的数据链路层。每一个以太网接口（有时候也叫网卡），在连通后就可以随时的发送和接收网络上的数据，执行EEE802.3标准。TCP/IP对应的ISO结构如图所示： TCP/IP协议栈而单片机与计算机的TCP/IP协议的实现也有很大的不同，原本在计算机里编写的程序可以不考虑代码的大小和效率，但在嵌入式开发板上都要考虑到这些问题。在操作系统、内存分配、指针、参数传递、协议支持以及硬件接口的设计方面有些不同。首先就是操系统，嵌入式的特点之一就是简洁高效，有很强的专业功能。相对而言计算机上的操作系统的侧重点就是兼容性，所以资源要求全面支持，所以很复杂。其次就

9、是内存上的分配，计算机像windows系统它的内存分配是动态的，而在单片机上却不能同样如此，应为RAM的容量所限，所以其中存放以太网的数据包是固态的。由于ARM相对于单片机的能力而言有了很大的提升，所以可以突破单片机的一些约束。如下图所示，TCP/IP协议栈中的内容，从上往下分别对应应用层、传输层、网络层和网络接口层。 TCP/IP协议栈在本次设计中采用Lwip协议栈来实现ARM与以太网的连接。完成移植后，需要介绍一下以太网的初始化过程和数据收发过程。LWIP的初始化要在UC/OS-II之后，在其它任务创建之前。因为LWIP要对以太网协议栈初始化以及新线程的建立，LWIP初始化如图所示。LWI

10、P程序可以实现很多功能，在本设计中没有实现他的全部功能。而简单的PING通需要DM9000来实现。以太网的接收是通过中断方式，如果有数据进入以太网中断函数。其主要任务就是读取和分析数据包。如果数据有效则在Tcpip_input()函数把数据发送出去，并在LWIP初始化创建的线程中就可以得到此消息。然后通过ip_input()函数进入传输层后，再把把数据传到应用层。具体流程如下图所示：为什么要选择DM9000网络驱动器呢？如今嵌入式中大量使用10/100M的以太网卡，实际上并不实用。因为它不能既满足快速传输速率又满足成本控制。这时，DM9000作为一种综合低成本的单一快速以太网控制芯片就有了很高

11、的实用价值。它具有通用的接口，设计简单，可满足不同系统的软件驱动。DM9000程序的体系结构可以分为网络协议接口、设备接口层、功能层及媒介层。下面是DM9000的部分驱动程序的编写。定义DM9000：#include config.h#define DM_ADD (*(volatile unsigned short *) 0x20000300)#define DM_CMD (*(volatile unsigned short *) 0x20000304)#define Printf OSPrintfuint8 Buffer1000; /定义了一个1000字节的接收发送缓冲区uint8 host

12、_mac_addr6= 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff ; /主机的MAC地址uint8 mac_addr6 = 0x0a, 0x1b, 0x2c, 0x3d, 0x4e, 0x5f ; /开发板 0a,1b,2c,3d,4e,5f ，这实际上是一个软地址，在本设计中不需要特指。uint8 ip_addr4 = 192, 168, 1, 6;uint8 host_ip_addr4 = 192, 168, 1, 100 ;uint16 packet_len; /接收、发送数据包的长度，单位为字节uint8 arpsendbuf60= 0xff,0xff,0x

13、ff,0xff,0xff,0xff, /以太网目标地址 0x0a,0x1b,0x2c,0x3d,0x4e,0x5f, /以太网源地址 0x08,0x06, /帧类型： ARP帧 0x00,0x01, /硬件类型：以太网 0x08,0x00, /协议类型：IP协议 0x06, /硬件地址长度：6字节 0x04, /协议地址长度：4字节 0x00,0x00, /操作： ARP请求 0x0a,0x1b,0x2c,0x3d,0x4e,0x5f, /发送端硬件地址 192, 168, 1, 6, /发送端协议地址 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /接收端硬件地址 192,

14、168, 1, 100 /接收端协议地址;#define DM9KS_ID 0x90000A46#define DM9KS_VID_L 0x28#define DM9KS_VID_H 0x29#define DM9KS_PID_L 0x2A#define DM9KS_PID_H 0x2B#define DM9KS_BASE_ADDR_ETH0 0x20000000/nGCS4#define DM9KS_Index (*(volatile unsigned short *)(DM9KS_BASE_ADDR_ETH0 + 0x300)#define DM9KS_Data (*(volatile u

15、nsigned short *)(DM9KS_BASE_ADDR_ETH0 + 0x304)接下是来对DM9000进行初始化的程序部分：void DM9000_init(void) uint32 i; /Test_DM9000AE(); IOSetInit(); /设置中断EINIT7 /初始化设置步骤: 1 dm9000_reg_write(DM9000_GPCR, 0x01); /设置GPCR(1EH) bit0=1，使DM9000的GPIO3为输出。 dm9000_reg_write(DM9000_GPR, 0x00); /GPR bit0=0 使DM9000的GPIO3输出为低以激活内

16、部PHY。 udelay(5000); /延时2ms以上等待PHY上电。 /初始化设置步骤: 2 dm9000_reg_write(DM9000_NCR, 0x03); /软件复位 udelay(3000); /延时20us以上等待软件复位完成 dm9000_reg_write(DM9000_NCR, 0x00); /复位完成，设置正常工作模式。 dm9000_reg_write(DM9000_NCR, 0x03); /第二次软件复位，为了确保软件复位完全成功。此步骤是必要的。 udelay(3000); dm9000_reg_write(DM9000_NCR, 0x00); /以上完成了DM

17、9000的复位操作 /初始化设置步骤: 3 dm9000_reg_write(DM9000_NSR, 0x2c); /清除各种状态标志位 dm9000_reg_write(DM9000_ISR, 0xbf); /清除所有中断标志位 /以上清除标志位 /初始化设置步骤: 4 dm9000_reg_write(DM9000_RCR, 0x39); /接收控制 dm9000_reg_write(DM9000_TCR, 0x00); /发送控制 dm9000_reg_write(DM9000_BPTR, 0x3f); dm9000_reg_write(DM9000_FCTR, 0x38); /接收FI

18、FO门限3k 8k dm9000_reg_write(DM9000_FCR, 0xff); dm9000_reg_write(DM9000_SMCR, 0x00); /以上是功能控制 /初始化设置步骤: 5 for(i=0; i6; i+) dm9000_reg_write(DM9000_PAR + i, mac_addri);/mac_addr自己定义一下吧，6个字节的MAC地址 /以上存储MAC地址（网卡物理地址）到芯片中去，这里没有用EEPROM，所以需要自己写进去 /初始化设置步骤: 6 dm9000_reg_write(DM9000_NSR, 0x2c); /清除各种状态标志位 dm

19、9000_reg_write(DM9000_ISR, 0x3f); /清除所有中断标志位 /初始化设置步骤: 7 dm9000_reg_write(DM9000_IMR, 0x81); /中断使能 /中断使能（或者说中断屏蔽），即开启我们想要的中断，关闭不想要的，这里只开启的一个接收中断 udelay(10000); /延时2ms以上等待PHY上电。 /PrintfDM9000Reg(); Printf(DM9000初始化完毕rn);接下来是数据包的接收和发送流程图和程序：DM9000收到封包，置于接收内存的0C00h-3FFFh。若超过最大值时，会自动把位置移到0C0h0位置。每个封包有4字

20、节是存放一些与封包相关的信息。若内存的第1字节值为“01h”，表明封包已经在内存中了。在读取其它字节前，先要确定第2个字节，则是这个封包的相关信息。如下图是DM9000接收封包流程： DM9000接收封包流程如图可以看出，DM9000从网络中接到一个数据包后，在数据包前面加了4个字节，分别为“01H”、“status”、“LENL”（包长的低8位）、“LENH”（包长的高8位）。这4个字节来确定数据包的状态，“01H”表示接下来的是有效数据包，“00H”则表示没有数据包，其它值则表示没有正确初始化，并重新初始化。若数据包长度小于60字节，则DM9000芯片会自动为不足的字节补上0。同时，在接收

21、到的包后程序还会自动添加4个CRC校验字节。于是，接收到的数据包至少为64字节。也根据TCP/IP协议从首部字节中找出有效字节数，这就是TCP/IP协议栈的功能了。具体程序如下：/接受数据包/参数：datas为接收到是数据存储位置（以字节为单位）/返回值：接收成功返回数据包类型，不成功返回0uint32 receivepacket(uint8 *datas) uint16 i,tmp,status,len; uint8 ready; uint32 st; ready = 0; /希望读取到01H status = 0; /数据包状态 len = 0; /数据包长度 if(dm9000_reg_

22、read(DM9000_ISR) & 0x01) dm9000_reg_write(DM9000_ISR, 0x01); /清除接收中断标志位 ready = dm9000_reg_read16(DM9000_MRCMDX); / 第一次读取，一般读取到的是 00H Printf(ready1 = %xrn,ready); if(ready & 0x0ff) != 0x01) ready = dm9000_reg_read16(DM9000_MRCMDX); / 第二次读取，总能获取到数据 Printf(ready2 = %xrn,ready); if(ready & 0x01) != 0x0

23、1) if(ready & 0x01) != 0x00) /若第二次读取到的不是01H或00H ，则表示没有初始化成功 dm9000_reg_write(DM9000_IMR, 0x80);/屏蔽网卡中断 DM9000_init(); /重新初始化 dm9000_reg_write(DM9000_IMR, 0x81);/打开网卡中断 return 0; / status = dm9000_reg_read16(DM9000_MRCMD); DM_ADD = DM9000_MRCMD; st = DM_CMD; status = st; len = 64;/ DM_CMD; Printf(st=

24、%x status=%x len= %xrn,st,status,len); if( (len 1522)/!(status & 0xbf) & for(i=0; i 8) & 0x0ff; else return 0; if(len 1000) return 0;/ if( (HON( ETHBUF-type ) != ETHTYPE_ARP) & (HON( ETHBUF-type ) != ETHTYPE_IP) )/ return 0; packet_len = len; return len;在发送封包之前，需要将其中的数据存放在DM9000传送内存0000h0BFFh。当超过0BF

25、Fh时，位置自动回到0000h的位置。封包的数据存放在MWCND中，芯片会吧数据自动的存入传送内存的。其封包的大小存放在低字节的TXPLL和高字节的TXPLH中。然后把TCR bit()设置成1，开始传送封包。完成后，将是否完成的信息存入TSRI、TSRII中。其顺序为TSRI-TERII-TSRI循环。故需按照NSR bit-3来判断完成进度。以下是发送数据包的流程图和程序： DM9000发送封包流程以上是发送数据包，过程很简单。/发送数据包/参数：datas为要发送的数据缓冲区（以字节为单位），length为要发送的数据长度（两个字节）。void DM9000_sendPcket(uint

26、8 *datas, uint32 length) uint32 len,i; uint8 tmp; Printf(发送数据rn); dm9000_reg_write(DM9000_IMR,0x80); /先禁止网卡中断，防止在发送数据时被中断干扰 len = length; /把发送长度写入 /*这两句是将要发送数据的长度告诉DM9000的寄存器*/ dm9000_reg_write(DM9000_TXPLH, (len8) & 0x0ff); dm9000_reg_write(DM9000_TXPLL, len & 0x0ff); DM_ADD = DM9000_MWCMD; /将要发送的数

27、据写到DM9000的内部SRAM中的写FIFO中 for(i=0; ilen; i+=2) /16 bit mode udelay(2); DM_CMD = datasi | (datasi+18); dm9000_reg_write(DM9000_TCR, 0x01); /发送数据到以太网上 while(1)/等待数据发送完成 uint8 data; data = dm9000_reg_read(DM9000_TCR);/DM9000_NSR if(data&0x01) = 0x00) break; tmp = dm9000_reg_read(DM9000_NSR); if(tmp & 0x

28、01) = 0x04) if(dm9000_reg_read(DM9000_TSR1)&0xfc) = 0x00) Printf(TSR1成功rn); else Printf(TSR1失败 rn); else if(dm9000_reg_read(DM9000_TSR2)&0xfc) = 0x00) Printf(TSR2成功rn); else Printf(TSR2失败 rn); dm9000_reg_write(DM9000_NSR, 0x2c); /清除状态寄存器，由于发送数据没有设置中断，因此不必处理中断标志位 dm9000_reg_write(DM9000_IMR, 0x81); /

29、DM9000网卡的接收中断使能 Printf(发送数据完成rn);TQ2440串口初始化程序：static int whichUart=0;void Uart_Init(int pclk,int baud) int i; if(pclk = 0) pclk = PCLK; rUFCON0 = 0x0; /UART channel 0 FIFO control register, FIFO disable rUFCON1 = 0x0; /UART channel 1 FIFO control register, FIFO disable rUFCON2 = 0x0; /UART channel 2 FIFO control register, FIFO disable rUMCON0 = 0x0; /UART chaneel 0 MODEM c