在linux上模拟uCOS-II实时操作系统的实现
在linux上模拟uCOS-II实时操作系统的实现
作者：张森
1 引言
uCOS-II是一个短小而功能强大的实时嵌入式操作系统。在Jean J.Labrosse先生所著.由邵贝贝教授翻译的Micro/uCOS-II THE REAL-TIME KERNEL(Second Edition)一书中对这一操作系统作出了精彩的讲解，该书是一部关于uCOS-II操作系统的经典教材，同时在书中提供了关于uCOS-II在windows环境下的移植的4个范例。本文对其第一个范例作一个在redhat linux9.0上的移植版本。移植的工作主要集中在三个方面，下文将分为三章，结合代码详细介绍。文章的最后将介绍我的试验平台并演示我的试验结果。
2 字符串的显示
字符串显示函数PC-DispStr在文件pc.c中，这个文件本身不是uCOS-II的一部分。它的主要工作是建立一系列的功能函数来发挥PC机的强大功能，并被测试代码所调用。
2.1 设置前景色和后景色
我们使用类似于prinf("33[30m")的语句来设置颜色.转义序列就是一个让shell执行一个特殊步骤的控制指令。转义序列通常都是以ESC开头(这也是它的命名原因)。在shell里表示为^[。这种表示法需要一点时间去适应， 也可以用33完成相同的工怍(ESC的ASCII码用十进制表示就是27，=用八进制表示的33)。33声明了转义序列的开始，然后是[开始定义颜色。下面我们要选择前景色(这里是32，代表绿色)。背景色的40表示黑色。要是不想让提示符后面的文字也变成绿色，我们用33[0m关闭转义序列，33[0m是shell的默认颜色。前景色和背景色都有8种可用的选择。可选颜色：红色、绿色、黄色、蓝色、洋红、青色和白色。他们对应的颜色代码是：30(黑色)、31(红色)、32(绿色)、33(黄色)、34(蓝色)、35(洋红)、36(青色)、37(白色)。用同样色方法设置背景色，不过要把第一个数字"3"替换成"4"，例如40、41、42、43、44、45、46、47。虽然在这里可以按照上面介绍的对应关系定义修改在pc.h中定义的前景色和后景色的宏，使对应关系更加明确。(注意：他的后面一位表示前景色，前面一位表示后景色)，但是我们在这里的设计思路是尽量不对原书中的代码作改动，所以在函数的实现中直接使用switch语句，对相应的前景色和后景色 。(linux的shell只支持以上几种颜色)
switch (color&0xF0) /*查看前景色*/
{ case DISP_FGND_BLACK: printf("33[30m");break;
……
}
switch(color&0x0F) /*查看后景色*/
{ case DISP_BGND_BLACK: prinf ("33[40m");
break;
……
}
2.2跟踪光标的位置
我使用printf("33[%u;%uH",y+1,x+1)来跟踪光标的位置。33是声明了转义序列的开始，上文已经介绍，不再累叙，[y;xH是设置光标位置的格式。x和y分别表示横轴和纵轴。
3 键盘输入
键盘输入函数PC_GetKey在windows环境下，由于有库函数kbhit返回最近所敲的按键.就很容易实现。而在linux环境下我们需要构造自己的kbhit，在参考文献2中John.Wiley.Sons先生提供了一种现成的实现方法(这个方法会阻塞read函数.在本文中并不适用)，这里我们使用了另外的一种实现方法，下面介绍给出其实现代码.
int kbhit(void){
struct timeval tv;
fd_set readFd;
struct termios newKbdMode;
if(!inited){
newKbdMode.c_lflag&=~(ICANON | ECHO);
newKbdMode.c_cc[VTIME]=0;
newKbdMode.c_cc[VMIN]=1;
tcsetattr(0,TCSANOW,&newKbdMode);
atexit(rekbd);
inited=1;
}
tv.tv_sec=0;
tv.tv_usec=0;
FD_ZERO(&readFd);
FD_SET(STDIN_FILENO,&readFd);
select(1,&readFd,NULL,NULL,&tv);
if(FD-ISSET(STDIN-FILENO，&readFd))
return 1;
else
re
turn 0;
}
3.1 控制台的初始化
首先，这里使用了全局变量inited，它是一个初始化与否的标记.因为函数kbhit将被多次调用，而初始化只需要做一次.这样.当发现inited置1以后，就不会去做重复性的初始化工作了。如果inited为0，就需要对控制台(键盘)做初始化工作，这里定义了内核结构体termios类型的变量newKbdMode，我们需要对这个结构体的两个成员c_lflag和c_cc进行初始化，代码中对c_lflag的设置表示终端为不回显的非标准模式。c_cc[VTIME]=0，c_cc[VMIN]=1表示读函数会等待.直到出现1个键盘输入为止。(关于这个结构体的详细分析，可参阅参考文献2的第5章)。然后再调用tcsetattr把设置的值写入。最后，函数atexit将在3.3节详叙。
3.2 检测键盘的输入
在这里我们使用宏FD_ZERO把内核的结构体readFd清0.用宏FD_SET把标准输入的文件描述符STDIN_FILENO和readFd关联，然后用select函数来监测输入.他只关注一个描述符，所以第一个参数为1，第二个参数
3.3 系统退出
在windows环境下使用了成对的函数PC_DOSSaveReturn()和PC_DOSReturn。前一个保存DOS的状态，后一个在退出时前调用.恢复保存的DOS状态。而在linux下，表面看来我仅使用函数exit()直接退出，而没有进行类似的保存一恢复处理.但实际上在linux下我们调用了函数atexit(function)来设置程序正常结束前调用的函数，当程序通过调用exit()返回时，参数function所指定的函数会先被调用.然后才真正由exit()结束程序。function将指定函数rekbd(函数的实现见下面的代码)，这个函数就是清屏和清处所有前文的属性设置，33声明了转义序列的开始，然后是[2J，表示清屏。[0m表示关闭所有属性。
void rekbd(void){
prinf("33[0m");
prinf("33[2J");
}
4 MAKEFILE 文件的编写
在Jean J.Labrosse先生的原书中是使用boland c的编译器.而我们在linux下使用GCC的编译器，由于编译器的改变，所以makefile就需要重写。为了简化makefile的编写，我提供一种最简单的方法，那就是把所有uCOS-II 的源码(SOFTWAREuCOS-IISOURCE). 以及配置头文件和测试函数(SOFTWAREuCOS-IIEX1_x86LBC45SOURCE).还有按上文编写的pc.c和pc.h文件，全部放在linux的根目录下.假设为/test78，则makefile可简写为如下方式：
UCOS_SRC=/test78
UCOS_PORT=/test78
UCOS_PC=/test78
all:
gcc-I$(UCOS_SRC) -I$(UCOS_PORT) -I$(UCOS_PC) test.c $(UCOS_SRC)/uCOS_II.C $(UCOS_PC)/
pc.c $(UCOS_PORT)/os_cpu_c.c -o test
all是一个伪目标，"伪目标" 并不是一个文件，只是一个标签，它的特性是，总是被执行的。这样的目的是让编译器每次都产生新的目标。-o test指定输出文件为test.'-I'选项指定搜索的目录.
注意：把所有源文件都放在一个目录下也许并不是一个好方法，它使得整个工程杂乱无章，特别是在工程比较大时.是不能这样处理的。但这里仅仅是为了简化makefile的编写，提供一个可行的方法。所以在这个makefile的前面，我定义了几个宏，如果需要编译的几个文件在路径下，就只需要指定路径就可以了。
5 结束语
本文的创新点主要体现在
1.自建的键盘输入函数。由于(Beginning.Linux.Programming)中实现会阻塞read函数，所以本文采用了改进的方法实现键盘输入，详见第3节。
2.MAKEFILE文件。由于编译器的改变，我们需要改写makefile文件，本文提供了一种非常简单的编写方法，详见第4节。
我的试验平台如下：在Virtual PC 2004上安装red hat linux 9.0，并且在linux下进行编译和调
试。
参考文献：
[1]Jean J.Labrosse(邵贝贝译) 《嵌入式实时操作系统UC/OS-II(第2版)》
[2]John.Wiley.Sons.Beginning.linux.Programming，Third.Edition
[3]Werner Zimmermann uCOS-II-Port for the LINUX Operating System
[4]石绍应，张圮，罗诗途.基于嵌入式操作系统VxWorks的战车虚拟仪表显示技术研究[J].微计算机信息，2005,4：136-137
[5]钱晨，徐荣华，王钦若.基于Linux操作系统的设备驱动程序开发，微计算机信息.2004，9