ucosii在stm32上的移植详解3

移植详解1和2中主要讲了移植需要用到的基础知识，本文则对具体的移植过程进行介绍。

首先从micrium网站上下载官方移植版本（编译器使用ARM/Keil的，V2.86版本，V2.85有问题）。

下载地址：http://micrium.com/page/downloads/ports/st/stm32

解压缩后得到如下文件夹和文件:

Micrium\

AppNotes

Licensing

Software

ReadMe.pdf

AppNotes包含ucosii移植说明文件。这两个文件中我们仅需关心Micrium\AppNotes\AN1xxx-RTOS\AN1018-uCOS-II-Cortex-M3\AN-1018.pdf。因为这个文件对ucosii在CM3内核移植过程中需要修改的代码进行了说明。

Licensing包含ucosii使用许可证。

Software下有好几个文件夹，在本文的移植中仅需关心uCOS-II即可。

CPU: stm32标准外设库

EvalBoards: micrium官方评估板相关代码

uc-CPU: 基于micrium官方评估板的ucosii移植代码

uC-LCD：micrium官方评估板LCD驱动代码

uc-LIB: micrium官方的一个库代码

uCOS-II: ucosii源代码

uC-Probe: 和uC-Probe相关代码

ReadMe.pdf就不说了。

好了，官方的东西介绍完了，该我们自己建立工程着手移植了。关于建立工程，并使用stm32标准外设库在我之前的文章《stm32标准外设库使用详解》已有介绍，这里请大家下载其中模板代码（http://download.csdn.net/source/3448543），本文的移植是基于这个工程的。

建立文件夹template\src\ucosii, template\src\ucosii\src, template\src\ucosii\port；

把Micrium\Software\uCOS-II\Source下的文件拷贝至template\src\ucosii\src；

把Micrium\Software\uCOS-II\Ports\ARM-Cortex-M3\Generic\RealView下的文件拷贝至

template\src\ucosii\port；

ucosii\src下的代码是ucosii中无需修改部分，ucosii\port下的代码是移植时需要修改的。为防止对源码的误改动造成移植失败，可以把ucosii\src下的代码文件设为只读。

这里根据AN-1018.pdf和移植详解1、2中介绍的移植基础知识，对ucosii\port下的代码解释一下。

os_cpu.h

#ifdef OS_CPU_GLOBALS

#define OS_CPU_EXT

#else

#define OS_CPU_EXT extern

#endif

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U;

typedef signed char INT8S;

typedef unsigned short INT16U;

typedef signed short INT16S;

typedef unsigned int INT32U;

typedef signed int INT32S;

typedef float FP32;

typedef double FP64;

就不解释了。

typedef unsigned int OS_STK;

typedef unsigned int OS_CPU_SR;

因为CM3是32位宽的，所以OS_STK（堆栈的数据类型）被类型重定义为unsigned int。

因为CM3的状态寄存器（xPSR）是32位宽的，因此OS_CPU_SR被类型重定义为unsigned int。OS_CPU_SR是在OS_CRITICAL_METHOD方法3中保存cpu状态寄存器用的。在CM3中，移植OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()选方法3是最合适的。

#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

具体定义宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，其中OS_CPU_SR_Save()和OS_CPU_SR_Restore()是用汇编代码写的，代码在os_cpu_a.asm中，到时再解释。

#define OS_STK_GROWTH 1

CM3中，栈是由高地址向低地址增长的，因此OS_STK_GROWTH定义为1。

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()

定义任务切换宏，OSCtxSw()是用汇编代码写的，代码在os_cpu_a.asm中，到时再解释。

#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 OSIntCtxSw(void);

void OSStartHighRdy(void);

void OS_CPU_PendSVHandler(void);

void OS_CPU_SysTickHandler(void);

void OS_CPU_SysTickInit(void);

INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq(void);

申明几个函数，这里要注意最后三个函数需要注释掉，为什么呢？

OS_CPU_SysTickHandler()定义在os_cpu_c.c中，是SysTick中断的中断处理函数，而stm32f10x_it.c，中已经有该中断函数的定义SysTick_Handler()，这里也就不需要了，是不是很奇怪官方移植版为什么会这样弄吧，后面我会解释的。

OS_CPU_SysTickInit()定义在os_cpu_c.c中，用于初始化SysTick定时器，它依赖于OS_CPU_SysTickClkFreq()，而此函数我们自己会实现，所以注释掉。

OS_CPU_SysTickClkFreq()定义在BSP.C (Micrium\Software\EvalBoards)中，而本文移植中并未用到BSP.C，后面我们会自己实现，因此可以把它注释掉。

os_cpu_c.c

ucosii移植时需要我们写10个相当简单的C函数。

OSInitHookBegin()

OSInitHookEnd()

OSTaskCreateHook()

OSTaskDelHook()

OSTaskIdleHook()

OSTaskStatHook()

OSTaskStkInit()

OSTaskSwHook()

OSTCBInitHook()

OSTimeTickHook()

这些函数除了OSTaskStkInit()，都是一些hook函数。这些hook函数如果不使能的话，都不会用上，也都比较简单，看看就应该明白了，所以就不介绍。

下面就说一说OSTaskStkInit()。说之前还是得先说一下任务切换，因为初始化任务堆栈，是为任务切换服务的。代码在正常运行时，一行一行往下执行，怎么才能跑到另一个任务（即函数）执行呢？首先大家可以回想一下中断过程，当中断发生时，原来函数执行的地方（程序计数器PC、处理器状态寄存器及所有通用寄存器，即当前代码的现场）被保存到栈里面去了，然后开始取中断向量，跑到中断函数里面执行。执行完了呢，想回到原来函数执行的地方，该怎么办呢，只要把栈中保存的原来函数执行的信息恢复即可（把栈中保存的代码现场重新赋给cpu的各个寄存器），一切就都回去了，好像什么事都没发生一样。这个过程大家应该都比较熟悉，任务切换和这有什么关系，试想一下，如果有3个函数foo1(),
foo2(), foo3()像是刚被中断，现场保存到栈里面去了，而中断返回时做点手脚（调度程序的作用），想回哪个回哪个，是不是就做了函数（任务）切换了。看到这里应该有点明白OSTaskStkInit()的作用了吧，它被任务创建函数调用，所以要在开始时，在栈中作出该任务好像刚被中断一样的假象。（关于任务切换的原理邵老师书中的3.06节有介绍）。

那么中断后栈中是个什么情形呢，<<ARM Cortex-M3权威指南>>中9.1.1有介绍，xPSR，PC，LR，R12，R3-R0被自动保存到栈中的，R11-R4如果需要保存，只能手工保存。因此OSTaskStkInit()的工作就是在任务自己的栈中保存cpu的所有寄存器。这些值里R1-R12都没什么意义，这里用相应的数字代号（如R1用0x01010101）主要是方便调试。

其他几个：

xPSR = 0x01000000L，xPSR T位（第24位）置1，否则第一次执行任务时Fault，

PC肯定得指向任务入口，

R14 = 0xFFFFFFFEL，最低4位为E，是一个非法值，主要目的是不让使用R14，即任务是不能返回的。

R0用于传递任务函数的参数，因此等于p_arg。

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 */

/* R14 (LR) (init value will cause fault if ever used)*/

*(--stk) = (INT32U)0xFFFFFFFEL;

*(--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)0x11111111L; /* R11 */

*(--stk) = (INT32U)0x10101010L; /* R10 */

*(--stk) = (INT32U)0x09090909L; /* R9 */

*(--stk) = (INT32U)0x08080808L; /* R8 */

*(--stk) = (INT32U)0x07070707L; /* R7 */

*(--stk) = (INT32U)0x06060606L; /* R6 */

*(--stk) = (INT32U)0x05050505L; /* R5 */

*(--stk) = (INT32U)0x04040404L; /* R4 */

return (stk);

}

把OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()注释掉。

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL (*((volatile INT32U *)0xE000E010))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD (*((volatile INT32U *)0xE000E014))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL (*((volatile INT32U *)0xE000E01C))

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT 0x00010000

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC 0x00000004

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN 0x00000002

#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE 0x00000001

把上面这些宏定义也注释掉，因为它们都用于OS_CPU_SysTickHandler(), OS_CPU_SysTickInit()。

os_cpu_a.asm

这个文件包含着必须用汇编写的代码。

EXTERN OSRunning ; External references

EXTERN OSPrioCur

EXTERN OSPrioHighRdy

EXTERN OSTCBCur

EXTERN OSTCBHighRdy

EXTERN OSIntNesting

EXTERN OSIntExit

EXTERN OSTaskSwHook

申明这些变量是在其他文件定义的，本文件只做引用（有几个好像并未引用，不过没有关系）。

EXPORT OS_CPU_SR_Save ; Functions declared in this file

EXPORT OS_CPU_SR_Restore

EXPORT OSStartHighRdy

EXPORT OSCtxSw

EXPORT OSIntCtxSw

EXPORT OS_CPU_PendSVHandler

申明这些函数是在本文件中定义的。

NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ;中断控制及状态寄存器ICSR的地址

NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ;PendSV优先级寄存器的地址

NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ;PendSV中断的优先级为255（最低）

NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ;位28为1

定义几个常量，类似C语言中的#define预处理指令。

OS_CPU_SR_Save

MRS R0, PRIMASK ;读取PRIMASK到R0中，R0为返回值

CPSID I ;PRIMASK=1，关中断（NMI和硬fault可以响应）

BX LR ;返回

OS_CPU_SR_Restore

MSR PRIMASK, R0 ;读取R0到PRIMASK中，R0为参数

BX LR ;返回

OSStartHighRdy()由OSStart()调用，用来启动最高优先级任务，当然任务必须在OSStart()前已被创建。

OSStartHighRdy

;设置PendSV中断的优先级 #1

LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 ;R0 = NVIC_SYSPRI14

LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI ;R1 = NVIC_PENDSV_PRI

STRB R1, [R0] ;*(uint8_t *)NVIC_SYSPRI14 = NVIC_PENDSV_PRI

;设置PSP为0 #2

MOVS R0, #0 ;R0 = 0

MSR PSP, R0 ;PSP = R0

;设置OSRunning为TRUE

LDR R0, =OSRunning ;R0 = OSRunning

MOVS R1, #1 ;R1 = 1

STRB R1, [R0] ;OSRunning = 1

;触发PendSV中断 #3

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET

STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

CPSIE I ;开中断

OSStartHang ;死循环，应该不会到这里

B OSStartHang

#1.PendSV中断的优先级应该为最低优先级，原因在<<ARM Cortex-M3权威指南>>的7.6节已有说明。

#2.PSP设置为0，是告诉具体的任务切换程序（OS_CPU_PendSVHandler()），这是第一次任务切换。做过切换后PSP就不会为0了，后面会看到。

#3.往中断控制及状态寄存器ICSR(0xE000ED04)第28位写1即可产生PendSV中断。这个<<ARM Cortex-M3权威指南>>8.4.5 其它异常的配置寄存器有说明。

当一个任务放弃cpu的使用权，就会调用OS_TASK_SW()宏，而OS_TASK_SW()就是OSCtxSw()。OSCtxSw()应该做任务切换。但是在CM3中，所有任务切换都被放到PendSV的中断处理函数中去做了，因此OSCtxSw()只需简单的触发PendSV中断即可。OS_TASK_SW()是由OS_Sched()调用。

void OS_Sched (void)

{

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3

OS_CPU_SR cpu_sr = 0;

#endif

OS_ENTER_CRITICAL();

if (OSIntNesting == 0) {

if (OSLockNesting == 0) {

OS_SchedNew();

if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {

OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];

#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0

OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;

#endif

OSCtxSwCtr++;

OS_TASK_SW(); /* 触发PendSV中断 */

}

}

}

/* 一旦开中断，PendSV中断函数会执行（当然要等更高优先级中断处理完） */

OS_EXIT_CRITICAL();

}

OSCtxSw

;触发PendSV中断

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ;R0 = NVIC_INT_CTRL

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET ;R1 = NVIC_PENDSVSET

STR R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

BX LR ;返回

当一个中断处理函数退出时，OSIntExit()会被调用来决定是否有优先级更高的任务需要执行。如果有OSIntExit()对调用OSIntCtxSw()做任务切换。

OSIntCtxSw

;触发PendSV中断

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET

STR R1, [R0]

BX LR

看到这里有些同学可能奇怪怎么OSCtxSw()和OSIntCtxSw()完全一样，事实上，这两个函数的意义是不一样的，OSCtxSw()做的是任务之间的切换，如任务A因为等待某个资源或是做延时切换到任务B，而OSIntCtxSw()则是中断退出时，由中断状态切换到另一个任务。由中断切换到任务时，CPU寄存器入栈的工作已经做完了，所以无需做第二次了（参考邵老师书的3.10节）。这里只不过由于CM3的特殊机制导致了在这两个函数中只要做触发PendSV中断即可，具体切换由PendSV中断来处理。

前面已经说过真正的任务切换是在PendSV中断处理函数里做的，由于CM3在中断时会有一半的寄存器自动保存到任务堆栈里，所以在PendSV中断处理函数中只需保存R4-R11并调节堆栈指针即可。

PendSV中断处理函数伪代码如下：

OS_CPU_PendSVHandler()

{

if (PSP != NULL) {

Save R4-R11 onto task stack;

OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;

}

OSTaskSwHook();

OSPrioCur = OSPrioHighRdy;

OSTCBCur = OSTCBHighRdy;

PSP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;

Restore R4-R11 from new task stack;

Return from exception;

}

OS_CPU_PendSVHandler ;xPSR, PC, LR, R12, R0-R3已自动保存

CPSID I ;任务切换期间需要关中断

MRS R0, PSP ;R0 = PSP

;如果PSP == 0，跳到OS_CPU_PendSVHandler_nosave执行 #1

CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave

;保存R4-R11到任务堆栈

SUBS R0, R0, #0x20 ;R0 -= 0x20

STM R0, {R4-R11} ;保存R4-R11到任务堆栈

;OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;

LDR R1, =OSTCBCur ;R1 = &OSTCBCur

LDR R1, [R1] ;R1 = *R1 (R1 = OSTCBCur)

STR R0, [R1] ;*R1 = R0 (*OSTCBCur = SP) #2

OS_CPU_PendSVHandler_nosave

;调用OSTaskSwHook()

PUSH {R14} ;保存R14，因为后面要调用函数

LDR R0, =OSTaskSwHook ;R0 = &OSTaskSwHook

BLX R0 ;调用OSTaskSwHook()

POP {R14} ;恢复R14

;OSPrioCur = OSPrioHighRdy;

LDR R0, =OSPrioCur ;R0 = &OSPrioCur

LDR R1, =OSPrioHighRdy ;R1 = &OSPrioHighRdy

LDRB R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSPrioHighRdy)

STRB R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSPrioCur = OSPrioHighRdy)

;OSTCBCur = OSTCBHighRdy;

LDR R0, =OSTCBCur ;R0 = &OSTCBCur

LDR R1, =OSTCBHighRdy ;R1 = &OSTCBHighRdy

LDR R2, [R1] ;R2 = *R1 (R2 = OSTCBHighRdy)

STR R2, [R0] ;*R0 = R2 (OSTCBCur = OSTCBHighRdy)

LDR R0, [R2] ;R0 = *R2 (R0 = OSTCBHighRdy), 此时R0是新任务的SP

;SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr #3

LDM R0, {R4-R11} ;从任务堆栈SP恢复R4-R11

ADDS R0, R0, #0x20 ;R0 += 0x20

MSR PSP, R0 ;PSP = R0，用新任务的SP加载PSP

ORR LR, LR, #0x04 ;确保LR位2为1，返回后使用进程堆栈 #4

CPSIE I ;开中断

BX LR ;中断返回

END

#1 如果PSP == 0，说明OSStartHighRdy()启动后第一次做任务切换，而任务刚创建时R4-R11已经保存在堆栈中了，所以不需要再保存一次了。

#2 OSTCBStkPtr是任务控制块结构体的第一个变量，所以*OSTCBCur = SP(不是很科学)就是OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;

#3 和#2类似。

#4 因为在中断处理函数中使用的是MSP，所以在返回任务后必须使用PSP，所以LR位2必须为1。

os_dbg.c

用于系统调试，可以不管。

需要修改的代码就介绍到这里，如果还有不明白之处，就再看看AN-1018.pdf，邵老师的书和<<ARM Cortex-M3权威指南>>。

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