uCOSii 在Coldfire MCF52235 上的移植

介绍将C/ OS 实时操作系统移植到Co ldfire 处理器MCF52235 上的方法, 为MCF5223x 系列微控制器的软件开发提供了一个实时操作系统平台。首先分析C/ OS 的特点和内核结构, 结合MCF52235 的结构特点以及使用的软硬件开发工具, 深入研究移植条件和实现方法, 详细阐述系统移植中需要修改的文件、编写的代码及需要注意的问题。然后使用Co dew arr ior 6. 4 集成开发环境和评估板, 通过建立两个应用任务, 验证了移植代码的正确性, 说明在MCF52235 上移植uC/ OS 是成功和可行的。在此介绍的移植过程和方法可以作为C/ OS 在其他微控制器中移植的典型范例。

C/ OS 是一种多任务实时操作系统。内核源代码公开、短小精干、可裁剪、执行时间可确定, 可移植性较强, 非常适用于一些中小型嵌入式系统开发。uC/OS 可以移植到8~ 64 位的不同类型、不同规模的嵌入式系统, 并能在大部分的8 位、16 位、32 位, 甚至64 位的微处理器和DSP 上运行[ 1] 。

MCF52235 是飞思卡尔公司Co ldf ire 系列32 位单片机解决方案的嵌入式微控制器, 采用的是V2 版本的

RISC 内核。MCF52235 内部有32 KB SRAM 和256 KB FLASH, 并且集成了标准的Coldfire 外围设备, 包括三个适合中长距离通信的SCI, 一个I2 C 和一个用于系统内部和外围设备通信的Q SPI。在60 Hz的核心频率下, MCF52235 的处理能力为56 MIPS, 具备较高的性能价格比[ 24] 。MCF52235 对于移植C/ OS 来说有足够的

RAM 和FLASH, 且有较快的处理速度和较低的成本,所以对于嵌入式应用系统的开发来说, 嵌入C/ OS

到MCF52235 微控制器是一个不错的选择。uC/ OS 的体系结构要实现C/ OS 向MCF52235 的移植, 需要做两方面的工作: 一是重新定义内核的大小和功能; 二是为内核编写与硬件相关的代码。C/ OS 的文件结构如图1 所示。可以看到, C/ OS 与CPU 类型无关的C 代码文件COS . C 包括很多文件, 它们是C/ OS 的内核和很多功能函数, 其中前三个文件是实时内核、任务管理和时钟节拍, 这三个文件是一定要用的。后面6 个功能函数用于任务间的通信, 应用程序中可能只用到其中

的几个, 不用的可以不包含进去, 以免编译时生成没用的代码。这部分代码与CPU 类型无关, 在移植时, 这些文件不要改动。配置文件OS_CFG. H 需要根据应用要求来进行,主要作用是确定C/ OS 提供的系统功能函数, 应用

程序用哪些和不用哪些, 这个文件移植时需要修改。与CPU 类型有关的代码文件主要有三个: OS _CPU. H, OS_CPU_A. ASM 和OS_CPU_C. C。文件定义用于特定CPU 的数据类型来定义相关的宏。OS _CPU_A . ASM 是用汇编语言写的与硬件有关的代码,OS_CPU_C. C 是用C 语言写的与硬件有关的代码。由于移植使用C 交叉编译工具, 在C 代码中可以插入汇编语句, 在移植中可将这两个文件合并成一个文件[ 5] 。

产生时钟节拍的定时中断来自微控制器内部, 但并非来自V2 内核内部, 可以用实时时钟产生定时中断,

也可以用片内的外设模块定时器单元来产生定时中断,这部分代码显然与硬件相关, 移植时要自己写[ 6] 。

2 移植过程

所谓移植, 就是使一个实时内核能在某个微处理器或微控制器上运行。为了方便移植, 大部分的C/ OS代码是用C 语言写的, 但仍需要用C 和汇编语言写一些与处理器相关的代码, 这是因为C/ OSII 在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现 。移植过程主要包括移植前的准备、BSP ( 板级支持包) 的编写和与处理器相关代码的修改和编写。C/OS 核心代码、与CPU 相关的接口程序、BSP 和用户应用程序之间的关系如图2 所示。

2. 1 移植前的准备

进入C/ OS 官方网站下载C/ OS 源代码。打开Codew arrior 6. 4 建立MCF52235 的工程文件, 然后把C/ OS 的源代码文件加入到工程里面[ 8] 。其中有几个地方需要改动:

( 1) 下载的源代码中os_cfg _r. h 改为o s_cfg. h;os_dbg_r. c改为os_dbg. c。

( 2) 由于会引起重复定义错误, 需要把源代码中重复包含的文件注释掉。

( 3) 需要在INT ERNAL_FLASH 模式下编译, 而不能在RAM 模式下, 否则会产生溢出错误。

2. 2 编写BSP

板级支持包( BSP) 是介于底层硬件和操作系统之间的软件层次, 负责进行系统启动后最初的硬件和软件

初始化, 并对底层硬件进行封装, 使得操作系统不再面对具体的硬件[ 9] 。在此建立两个BSP 文件: BSP. ASM 和BSP. C。其中, BSP. ASM 中包含了汇编语言写的中断接口程序。BSP. C 中包含了硬件和软件的初始化程序和产生时钟节拍的中断服务程序。

2. 3 与处理器相关代码的修改和编写

有三个与处理器相关的文件, 即OS_CPU . H, OS_CPU _ A. ASM 和OS _ CPU _ C. C 需要修改。由于MCF52235 有eMAC 模块, 所以还需要编写OS_CPU _I. ASM 文件, 用来在任务切换和中断时以及中断返回

时保存和恢复相关寄存器。

2. 3. 1 OS_CPU. H 的移植

OS_CPU. H 包含了一些与处理器和编译器相关的宏定义和数据类型定义。由于使用Codew arrior 编译

器, shor t 类型是16 位的, int 类型是32 位的。MCF52235 的堆栈是32 位宽的, 因此OS_STK 定义为

32 位, 所有任务的堆栈必须声明使用OS_ST K 这种数据类型。数据类型定义如下:

ty pedef unsigned char BOOLEAN;

ty pedef unsigned char INT 8U;

ty pedef signed char INT8S;

ty pedef unsigned sho rt INT16U;

ty pedef signed shor t INT16S;

ty pedef unsigned int INT32U;

ty pedef signed int INT32S;

typedef float FP32;

typedef double FP64;

typedef unsigned int OS_STK;

typedef unsigned shor t OS_CPU_SR;

( 1) 临界区域处理。像所有的实时性内核一样, 在进入代码临界区时要关中断, 完成时要开中断。C/