基于Cortex-M0的UCOS移植

2012-05-21的我突然想做一下ucos在cortex-m0平台上的移植，所以就看cortex-m0的内核架构和指令集，接着就开始着手移植了。先说明一下，我的开发板是新唐（Nuvoton）的NuTiny-EVB M051，芯片是M0516LAN。 

可以分两步走。第一步，移植ucos的底层代码。第二步，建立新任务。

 

第一步：移植ucos就是修改这么几个文件：os_cpu_c.c ， os_cpu.h ， os_cpu_a.asm

其中，os_cpu.h主要是定义数据类型的定义，和有关处理器的一些设置，如栈的生长方向，进入临界代码段的方式，数据存储的大小端设置等等。

 

1. os_cpu.h：

1.1 定义好数据类型。这个简单，所以不用怎么说。

1.2 定义进行临界代码段的方式，我定义为方式3。即进入时保存PSR，然后关中断，出来是恢复PSR的值。

  对应的函数为：OS_CPU_SR  OS_CPU_SR_Save(void), void OS_CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr)

1.3 定义栈的生长方向。我定义为从高向下生长的方向。

1.4 函数的声明。这里有5个函数需要声明。分别是：

  void OSCtxSw(void)

  void OSIntCtxSw(void)

  void OSStartHighRdy(void)

  OS_CPU_SR  OS_CPU_SR_Save(void)

  void OS_CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr)

  由于OSIntCtxSw和OSCtxSw代码可以一致，所以只定义OSCtxSw。

 

1.5 具体代码如下：

#ifndef  OS_CPU_H
#define  OS_CPU_H
#ifdef   OS_CPU_GLOBALS
#define  OS_CPU_EXT
#else
#define  OS_CPU_EXT  extern
#endif
#ifndef  OS_CPU_EXCEPT_STK_SIZE
#define  OS_CPU_EXCEPT_STK_SIZE    1           /* Default exception stack size is 128 OS_STK entries */
#endif
typedef unsigned char  BOOLEAN;
typedef unsigned char  INT8U;                    /* Unsigned  8 bit quantity                           */
typedef signed   char  INT8S;                    /* Signed    8 bit quantity                           */
typedef unsigned short INT16U;                   /* Unsigned 16 bit quantity                           */
typedef signed   short INT16S;                   /* Signed   16 bit quantity                           */
typedef unsigned int   INT32U;                   /* Unsigned 32 bit quantity                           */
typedef signed   int   INT32S;                   /* Signed   32 bit quantity                           */
typedef float          FP32;                     /* Single precision floating point                    */
typedef double      FP64;                     /* Double precision floating point                    */
typedef unsigned int   OS_STK;                   /* Each stack entry is 32-bit wide                    */
typedef unsigned int   OS_CPU_SR;            /* Define size of CPU status register (PSR = 32 bits) */
#define  OS_CRITICAL_METHOD   3
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
#define  OS_ENTER_CRITICAL()  {cpu_sr = OS_CPU_SR_Save();}
#define  OS_EXIT_CRITICAL()     {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}
#endif
#define  OS_STK_GROWTH        1                   /* Stack grows from HIGH to LOW memory on ARM        */
#define  OS_TASK_SW()         OSCtxSw()
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3
OS_CPU_SR  OS_CPU_SR_Save        (void);
void       OS_CPU_SR_Restore     (OS_CPU_SR cpu_sr);
#endif
void       OSCtxSw               (void);
void       OSStartHighRdy        (void);

#define OSIntCtxSw()         OSCtxSw();
#endif

 

2. os_cpu_c.c

 2.1 定义函数OSTaskStkInit()，对于其它的函数可以不用理，因为如果你不需要用到钩子函数的话，是不用实现的。

  OSTaskStkInit()主要初始化各个任务的栈。

 2.2 由于cortex-m0的架构决定，当产生异常(包括中断)时，进栈的顺序如下：(这是Full descending的模式)

  XXX <---SP before exception

  xPSR

  PC

  LR

  R12

  R3

  R2

  R1

  R0    <--SP after before exception

 2.3 代码如下：

 

OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
    OS_STK *stk;
    (void)opt;                                  // 'opt' is not used, prevent warning
    stk       = ptos;                          // Load stack pointer
                                               /* Registers stacked as if auto-saved on exception        */
    *(--stk)  = (INT32U)0x01000000L;           // xPSR
    *(--stk)  = (INT32U)task;                        // Entry Point (PC)
    *(--stk)  = (INT32U)0xefefefefL;                 // LR
    *(--stk)  = (INT32U)0x12121212L;           // R12
    *(--stk)  = (INT32U)0x03030303L;           // R3
    *(--stk)  = (INT32U)0x02020202L;           // R2
    *(--stk)  = (INT32U)0x01010101L;           // R1
    *(--stk)  = (INT32U)p_arg;                       // R0 : argument
                                               /* Remaining registers saved on process stack             */
    *(--stk)  = (INT32U)0x07070707L;           //R7
    *(--stk)  = (INT32U)0x06060606L;           // R6
    *(--stk)  = (INT32U)0x05050505L;           // R5
    *(--stk)  = (INT32U)0x04040404L;           // R4
    *(--stk)  = (INT32U)0x11111111L;           // R11
    *(--stk)  = (INT32U)0x10101010L;           // R10
    *(--stk)  = (INT32U)0x09090909L;           // R9
    *(--stk)  = (INT32U)0x08080808L;           // R8
    return (stk);
}

3. os_cpu_a.asm

 这个文件是对头文件 os_cpu.h所定义的函数进行实现。都是汇编代码，不过不是很难懂。

 

;2011-05-23 xiaoben

     EXTERN  OSRunning

     EXTERN  OSPrioCur

     EXTERN  OSPrioHighRdy

     EXTERN  OSTCBCur

     EXTERN  OSTCBHighRdy

     EXTERN  OSIntNesting

     EXTERN  OSIntExit

     EXTERN  OSTaskSwHook





    EXPORT OS_CPU_SR_Save

    EXPORT OS_CPU_SR_Restore

    EXPORT OSStartHighRdy

    EXPORT OSCtxSw

    EXPORT OSIntCtxSw


    AREA os_cpu_asm, CODE, READONLY, ALIGN=2

    THUMB

    REQUIRE8

    PRESERVE8




OS_CPU_SR_Save

    MRS R0, PRIMASK

    CPSID I

    BX LR








OS_CPU_SR_Restore

    MSR PRIMASK, R0

    BX LR








OSStartHighRdy

    LDR     R0, __OSTaskSwHook   ; Call OSTaskSwHook()

    BLX     R0



    LDR     R0, __OSRunning   ; OSRunning=1

    MOVS    R1, #0x01

    STRB    R1, [R0]



    LDR     R0, __OSTCBHighRdy   ; SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr

    LDR     R1, [R0]

    LDR     R2, [R1]

    MSR     MSP, R2

  ; Restore registers from new task stack

    POP    {R0-R7}   ; Restore R4-R7, R8-R11

    MOV    R11, R3

    MOV    R10, R2

    MOV    R9, R1

    MOV    R8, R0



    ADD    SP, #0x10   ; Restore PSR, PC, LR, R12

    POP    {R0-R3}

    MOV    R12, R0

    MOV    LR, R1

    PUSH   {R2}   ; Push PC into stack

    MSR    PSR, R3



    SUB    SP, #0x1C   ; Restore R0-R3

    POP    {R0-R3}

    ADD    SP, #0x0C


    CPSIE  I   ; Enable interrupts. NOTE: must not omit!

    POP    {PC}   ; Jump to the task and execute, not return.











OSCtxSw

CPSID I

  ; Save registers into current task stack

SUB SP, #0x20   ; Save R4-R7

PUSH {R4-R7}


ADD SP, #0x30   ; Save PSR, PC, LR, R12, R0-R3

MRS R7, PSR

MOV R6, LR   ; NOTE!

MOV R5, LR

MOV R4, R12

PUSH {R0-R7}


SUB SP, #0x10   ; Save R8-R11

MOV R3, R11

MOV R2, R10

MOV R1, R9

MOV R0, R8

PUSH {R0-R3}

  ; Save SP in current stask stack

MRS R0, MSP   ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP

LDR R1, __OSTCBCur

LDR R2, [R1]

STR R0, [R2]


LDR R0, __OSTaskSwHook   ; Call OSTaskSwHook()

BLX R0


LDR R0, __OSPrioCur   ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy

LDR R1, __OSPrioHighRdy

LDRB R2, [R1]

STRB R2, [R0]


LDR R0, __OSTCBCur   ; OSTCBCur = OSTCBHighRdy

LDR R1, __OSTCBHighRdy

LDR R2, [R1]

STR R2, [R0]


LDR R0, [R2]   ; SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr

MSR MSP, R0

  ; Restore registers from new task (with high priority) stack

POP {R0-R7}   ; Restore R4-R7, R8-R11

MOV R11, R3

MOV R10, R2

MOV R9, R1

MOV R8, R0


ADD SP, #0X10   ; Restore PSR, PC, LR, R12

POP {R0-R3}

MSR PSR, R3

PUSH {R2}

MOV LR, R1

MOV R12, R0


SUB SP, #0X1C   ; Restore R0-R3

POP {R0-R3}

ADD SP, #0X0C

CPSIE I   ; Enable interrupts! NOTE: must not omit!

POP {PC}   ; Jump to task and execute, not return

NOP







__OSRunning

    DCD    OSRunning



__OSTaskSwHook

    DCD    OSTaskSwHook



__OSIntExit

    DCD    OSIntExit



__OSIntNesting

    DCD    OSIntNesting



__OSPrioCur

    DCD    OSPrioCur



__OSPrioHighRdy

    DCD    OSPrioHighRdy



__OSTCBCur

    DCD    OSTCBCur



__OSTCBHighRdy

    DCD    OSTCBHighRdy



    END

第二步： 到了这里，整个ucos内核就算移植好了。接下来就要建立任务了。对于任务的建立，与头文件 os_cfg.h有关。我们要在os_cfg.h设置一下有关任务的东西。

 1. os_cfg.h里面有很多开关量，对于任务里用不到的东西，比如说信号量、定时器之类的，我们可以把它关掉，以减少系统的内存占有率。对于最低优先级OS_LOWEST_PRIO和最大任务数OS_MAX_TASKS要注意一下。还有OS_TICKS_PER_SEC，关于系统的节拍，也要设置一下，一般100到200之间就可以了。

 

 2. 对于任务时钟的节拍，采用cortex-m0的SYSTick来作为节拍源，所以还要加上SysTick的异常处理函数！！！！我在main函数里面添加。

 

 3. main函数里面任务的建立。我们先建立一个闪烁的LED任务。代码如下：

 

#include <stdio.h>



#include "M051Series.h"

#include "Driver/DrvGPIO.h"

#include "Driver/DrvSYS.h"

#include "ucos_ii.h"





/* LED 任务相关 */

#define LED_STK_SIZE        64

#define TASK_LED_PRIO       10      //不要大于OS_LOWEST_PRIO



OS_STK TaskLEDStk[LED_STK_SIZE];      //任务栈



void task_led(void *pdata);





/* 与开发板相关的函数定义 */

void init_target(void);

void init_sys_clock(void);

void init_led(void);

void led_on(void);

void led_off(void);







/* SysTick Exception ISR */

void SysTick_Handler(void)

{

    OSIntEnter();

    OSTimeTick();

    OSIntExit();

}





/* main */

int main()

{

    __disable_irq();

    init_target();



    OSInit();



    OSTaskCreate( task_led, (void*)0, TaskLEDStk[LED_STK_SIZE-1], TASK_LED_PRIO );



    OSStart();

    return 0;

}





void task_led(void *pdata)

{

    (void)pdata;

    while(1)

    {

        led_on();

        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);

        led_off();

        OSTimeDlyHMSMj(0, 0, 1, 0);

    }

}



void init_target(void)

{

    init_sys_clock();

    init_led();

    /* Note: Important */

    SysTick_Config(DrvSYS_GetHCLKFreq()/OS_TICKS_PER_SEC-1);  //Init system tick

}





void init_sys_colock(void)

{

    UNLOCKREG();                                // Unlock the protected registers
    DrvSYS_SetOscCtrl(E_SYS_XTL12M, 1);         // Enable the 12MHz oscillator oscillation
    while (DrvSYS_GetChipClockSourceStatus(E_SYS_XTL12M) != 1); // Waiting for 12M Xtal stable

    DrvSYS_SelectHCLKSource(0);
    LOCKREG();                                  // Lock the protected registers
    DrvSYS_SetClockDivider(E_SYS_HCLK_DIV, 0);  // HCLK clock frequency = HCLK clock source / (HCLK_N + 1)

}



void init_led(void)

{

    DrvGPIO_Open(E_PORT3, E_PIN6, E_IO_OUTPUT);
    DrvGPIO_SetBit(E_PORT3, E_PIN6);        //led 接P3.6引脚

}



void led_on(void)

{

    DrvGPIO_ClrBit(E_PORT3, E_PIN6);

}



void led_off(void)

{

    DrvGPIO_ClrBit(E_PORT3, E_PIN6);

}

到此，整个UCOS在cortex-m0就移植成功并且可以运行任务啦。。。从晚上跑到天亮，都非常稳定。

第二天，我又结合之前做过的TXT阅读器，在UCOS上也做了一个TXT电子书阅读器，也挺流畅，也很稳定。感觉很不错！