初学者EFM32上移植uC/OSII

最新推荐文章于 2022-07-06 21:36:28 发布

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本文分享了作者对EFM32G890F128微控制器移植UC/OS-II操作系统的全过程，包括准备工作、代码分析及修改等内容，并总结了移植过程中的关键心得。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

前言

之前大学接触过uc/os,大学开了ARM这门课程，用的是周立功的教材，好像是大四开的，你懂的，实验只带手不带脑，复制–编译–下载–嘿，灯亮了–走人。
最近在接触EFM32系列MCU，就想弥补一下大学的遗憾。为时间4天的准备和移植工作终于完成，还是，嘿灯亮了。
硬件：EFM32G890F128
IDE : IAR

准备工作

两本书：Cortex-M3权威指南,uc/OSII操作系统原理（邵贝贝）。
因为内核之前已看过了，就琢磨了下ｕｃ，大学的时候接触过点点还有点印象，所以看起来不费什么劲，确实挺小的一个核。里面关于移植的过程也挺详细的。不过那里关于移植的是ARM7内核。大同小异。原理性的东西是一样的。
其余，关于移植部分，各大芯片厂商都已经很完善了，对于求知的同学，这是一个理解CPU，操作系统的好地方。

建立模板

官网下载源代码

http://micrium.com/ ->downloads -> Application Notes ->

压缩包下载下来解压最主要的就是这几个文件夹了。

当然还有一个PDF文档，这个文档主要是教你怎样使用它们的官方工程模板。英文好的可以照着上面的步骤一步一步来，没什么说的，当然你要有耐心看英语。我试了下：确实规范，一目了然。

个人觉得学习的话还是自己建一个模板吧，这样有利于理解各个模块之间的关系。所以我就以自己的习惯加参考官方的自己操作了。
其实我们自己移植的话就只要uc/OSII的内核源码和三个移植文件啦。最难的移植部分人家帮我们做好了，那就是那三个移植文件了，即os_cpu.h，os_cpu_a.asm, os_cpu.c当然我们还是要看懂的。
接下来就是建工程，这是我自己的工程：

代码分析

这里的代码分析就是与处理器相关的代码了，最接近处理器的代码：汇编。
主要干了两个个事情：

任务级和中断级调度，这两个函数的内容是一样的，真正的调度则放到了PENDSVHandler。
系统开始启动时，启动最高优先级任务。
PENDVHandler保存上下文切换环境。
下面分析整个OS_CPU_A.ASM文件

EXTERN  OSRunning                   ; External references,外部标号
EXTERN  OSPrioCur
EXTERN  OSPrioHighRdy
EXTERN  OSTCBCur
EXTERN  OSTCBHighRdy
EXTERN  OSIntExit
EXTERN  OSTaskSwHook
EXTERN  OS_CPU_ExceptStkBase


PUBLIC  OS_CPU_SR_Save               ; Functions declared in this file，全局函数，可被其他模块引用
PUBLIC  OS_CPU_SR_Restore
PUBLIC  OSStartHighRdy
PUBLIC  OSCtxSw
PUBLIC  OSIntCtxSw
PUBLIC  PendSV_Handler

NVIC_INT_CTRL   EQU     0xE000ED04         ; Interrupt control state register. 中断控制寄存器
NVIC_SYSPRI14   EQU     0xE000ED22         ; System priority register (priority 14).优先级寄存器
NVIC_PENDSV_PRI EQU           0xFF         ; PendSV priority value (lowest).  PENDSV优先级(最低)
NVIC_PENDSVSET  EQU     0x10000000         ; Value to trigger PendSV exception.  触发PENDSV的值
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;**********************************************************************************************
; 代码部分
;**********************************************************************************************
RSEG CODE:CODE:NOROOT(2)
THUMB
;RSEG 是段选择指令。RSEG CODE：选择段 code。第二个 CODE 表示代码段的意思，只读。
;NOROOT 表示：如果这段中的代码没调用，则允许连接器丢弃这段.(2)表示：4 字节对齐。假如是(n)，则表示 2^n 对
;齐，更多关于IAR编译指令参考IAR编译手册。
;THUMB则为代码为THUMB指令，M3为THUMB指令集。

OS_CPU_SR_Save
    MRS     R0, PRIMASK                          ; 保存PRIMASK值至R0，OS_CPU_SR_Save返回时，R0中值送入
                                                 ; cpu_sr.
    CPSID   I                                    ; PRIMASK =1 ,关中断.
    BX      LR

OS_CPU_SR_Restore
    MSR     PRIMASK, R0                         ;把R0的值加载到PRIMASK，R0为调用OS_CPU_SR_Restore的函
                                                ;数的参数cpu_sr.                                        
    BX      LR

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/*-----启动最高优先级任务--操作系统启动第一个任务时------*/
OSStartHighRdy
    LDR     R0, =NVIC_SYSPRI14                         ; 设置PENDSV为最低优先级
    LDR     R1, =NVIC_PENDSV_PRI
    STRB    R1, [R0]                                      

    MOVS    R0, #0                                     ; 把从堆栈置0，在调度器调度时通过判断PSP是否 
    MSR     PSP, R0                                    ; 0来判断系统是否为首次调度。
    STRB    R1, [R0]

    LDR     R0, =OS_CPU_ExceptStkBase                  ; 初始化主堆栈 
    LDR     R1, [R0]
    MSR     MSP, R1                                            

    LDR     R0, =OSRunning                             ; OSRunning = TRUE
    MOVS    R1, #1                                             
    STRB    R1, [R0]

    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL                         ; 触发一次PENDSV 
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET                        
    STR     R1, [R0]

    CPSIE   I                                          ; 打开中断                                                          
OSStartHang
    B       OSStartHang                                ; 程序到这里就崩了。
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                                        任务级切换与中断级切换
;************************************************************************************************

OSIntCtxSw
    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL                                 ; 触发一次PENDSV 
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET                                 
    STR     R1, [R0]
    BX      LR  
;********************************************************************************************************
;                                     void OS_CPU_PendSVHandler(void)
;

;              a) 获取SP, 通过判断sp是否为第一次任务切换，如果不是则跳过如果是则跳转到
               OS_CPU_PendSVHandler_nosave，第一次任务不需要进行现场保护。
;              b) 如果不是第一次任务切换，需保存R4-R11的值至PSP;
;              c) 将上一任务的SP保存在OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
;              d) 调用钩子函数 OSTaskSwHook();
;              e) 获取最高优先级任务, OSPrioCur = OSPrioHighRdy;
;              f) 获得最高优先级任务控制块, OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
;              g) 从任务快做获取其SP堆栈指针, SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;
;              h) 从起任务堆栈SP中恢复R4-R11;
;              i) 启动异常返回序列xPSR, PC, LR, R12, R0-R3
;
;           3)  PendSV handler中断发生时:
;              a) xPSR, PC, LR, R12, R0-R3自动入栈进程堆栈PSP
;              b) 处理器模式从线程模式转换到异常模式
;              c) 此时堆栈使用主堆栈MSP
;              d) OSTCBCur      指针指向的为被挂起的任务
;                 OSTCBHighRdy  指针指向将被调度的任务
;
;           4) 因为PendSV为最低优先级，所以只有当没有任何异常中断的时候PendSV才会相应。
;               
;              
;************************************************************************************************

PendSV_Handler

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    CPSID   I                                    ; 关中断

    MRS     R0, PSP                              
    CBZ     R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave      ; 第一次任务开始时，PSP为0，故跳过对R4-R11的保存              

    SUBS    R0, R0, #0x20                        ; 总共需要保存8个寄存器的值，即 8个字*4=32字节=0x20,将
                                                 ;r4-r11存储到psp中
    STM     R0, {R4-R11}
    LDR     R1, =OSTCBCur                       ; 保存被中断任务的堆栈
    LDR     R1, [R1]                            ; 获取堆栈指针，任务堆栈指针在TCB的顶部。                  
    STR     R0, [R1]                                       ```CPU_PendSVHandler_nosave
    PUSH    {R14}                               ; Save LR exc_return value            
    LDR     R0, =OSTaskSwHook                   ; OSTaskSwHook();调用钩子函数
    BLX     R0
    POP     {R14}

    LDR     R0, =OSPrioCur                       ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy;获得最高优先级任务
    LDR     R1, =OSPrioHighRdy
    LDRB    R2, [R1]
    STRB    R2, [R0]

    LDR     R0, =OSTCBCur                        ; OSTCBCur  = OSTCBHighRdy;获得最高优先级任务控制块
    LDR     R1, =OSTCBHighRdy
    LDR     R2, [R1]
    STR     R2, [R0]

    LDR     R0, [R2]                             ; 获得最高优先级任务堆栈指针;
    LDM     R0, {R4-R11}                         ; 从PSP从恢复r4-11
    ADDS    R0, R0, #0x20
    MSR     PSP, R0                              ;更新PSP，已启动正确的返回序列
    ORR     LR, LR, #0x04                        ;确保异常返回后使用PSP（详见M3异常返回） 
    CPSIE   I                                    ;打开中断
    BX      LR                                   ;启动中断返回序列，获取PC到任务断点处。                                          
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代码修改

这里的代码修改主要是开发板上的启动代码和OS内核的挂接了。因为我们下载下来的代码本身是IAR下的代码，所以很多关于编译器的代码我们就可以省了，至于什么是与编译器相关的代码，那只能翻书了。
ARM芯片都有一个启动代码.S文件，就是放置向量表的地方。
1、函数名称的对应
在OS内核os_cpu_a_asm中PENDSV中断的名称为OS_CPU_PendSvHandler.。而开发板启动代码的PENDSV中断标号为PendSV_Handler,保证两者标号一直即可，我这里将OS_CPU_PendSvHandler.改为PendSV_Handler。
Os_cpu_a_asm:
这里写图片描述

因为我自己开发板工程目录下core_cm3.h下有关于SysTick的函数：所以我们得把os_cpu_c.c关于SystemTick的函数和宏定义都注释掉：
自己工程下的SysTick_Config（）

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if ((ticks - 1) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);     

  SysTick->LOAD  = ticks - 1;                                 
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  
  SysTick->VAL   = 0;                                         
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    
  return (0);                                                 
}

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将os_cpu_c.c关于SystemTick的函数和宏定义都注释掉：

#if 0 //-------注释掉
void  OS_CPU_SysTickInit (INT32U  cnts)
{
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD = cnts - 1u;
    OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_ST   = OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_MIN;
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL  |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC | OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE;
    OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL  |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN;
}
#endif 

#if 0 //-------注释掉
#define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL    (*((volatile INT32U *)0xE000E010uL)) 
#define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD  (*((volatile INT32U *)0xE000E014uL)) 
#define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018uL)) 
#define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL     (*((volatile INT32U *)0xE000E01CuL)) 
#define  OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_ST    (*((volatile INT8U  *)0xE000ED23uL)) 


    #define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT                    0x00010000uL   
    #define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC                  0x00000004uL   
    #define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN                    0x00000002uL   
    #define  OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE                   0x00000001uL   
    #define  OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_MIN                               0xFFu    
    #endif
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总结

  1、光知道移植这个操作肯定是不行的，还要知道为什么这样移植。这就要参考很多资料了，我是读了邵贝贝的那本书，其实也不难，当然，我是怀着一股好奇的态度去阅读的，我就想搞清楚，操作系统到底是个啥玩意。
  2、了解Cortex-M3内核，只要接触过单片机，不管是大学里微机原理中的8086还是C51，只要仔细研究过单片机的工作原理，其实也无非就是指令集，中断，内存映射。。。至于外设操作大同小异。对于M3应该是很简单的。
  3、此次移植的收获很大，人家的编程方式，人家的代码一看就舒服，人家的文件structure。当然以前许多C语言教程微微提到过的东西，也终于见到他的影子了，总之，学习一个操作系统的源码，对自己的编程能力和见识是很有帮助的。
  4、英文真的很重要，其实向这种移植过程micrim的网站上都有其应用文档。自己能看懂，就不必去羡慕那些辅导机构的人为什么知道的那么多了哦。。。他们也是从国外的网站上借鉴过来的。做技术的，英语无处不在啊！
  5、中国的科技道路还有很长的路要走啊。
  最后，说一下，关于ucos方面的移植，网上的文章讲烂了都，但扪心自问一下，自己是否真正彻底弄明白过！