基于STM32的μCOS—Ⅲ系統(tǒng)移植的設(shè)計(jì)

馬昊　張冬　陳豹

摘 要：隨著嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品漸漸完善，并在全世界各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，通過移植嵌入式操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可以更好地管理內(nèi)存，并且在很大程度上提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。文章主要介紹了μCOS-Ⅲ操作系統(tǒng)在基于ARM Contex-M3為內(nèi)核的STM32處理器的移植要點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了源碼公開的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-Ⅲ在STM32處理器上的成功移植。

關(guān)鍵詞：μCOS-Ⅲ；STM32處理器；移植

引言

隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科研領(lǐng)域不斷的拓寬，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品漸漸完善，并在全世界各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過移植嵌入式操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可以更好的管理內(nèi)存，并且在很大程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。μCOS-Ⅲ作為一個(gè)微型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括了一個(gè)操作系統(tǒng)最基本的特性，使用匯編語言和C語言編寫的μCOS-Ⅲ的構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡潔精煉，可讀性很強(qiáng)，作為一個(gè)源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)，用戶只要做很少的工作就可以把它進(jìn)行移植和維護(hù)。

1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-Ⅲ和STM32處理器

1.1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-Ⅲ

μCOS-Ⅲ的前身是由美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J.Labrosse于1992年推出的嵌入式操作系統(tǒng)μCOS，經(jīng)過了不斷的完善和擴(kuò)充，形成現(xiàn)在的μCOS-Ⅲ。

μCOS-Ⅲ是一個(gè)可以基于ROM運(yùn)行的、可裁減的、搶占式、實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，具有高度可移植性。所謂的移植，在一個(gè)平臺環(huán)境能夠成功運(yùn)行的程序，將它搬運(yùn)到另一個(gè)平臺環(huán)境，并且使其成功運(yùn)行。發(fā)展至今的μCOS-Ⅲ，特別適合于微處理器和控制器，并且已經(jīng)移植到近40多種處理器體系上，涵蓋了從8位到64位的各種CPU。

μCOS-Ⅲ源碼可分為：與應(yīng)用程序相關(guān)的文件、與計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的文件和系統(tǒng)內(nèi)核的各種服務(wù)文件。用戶在移植時(shí)，需要對與計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的文件進(jìn)行修改：如OS_CPU.H文件，OS_CPU_A.ASM文件和OS_CPU_C.C文件。而系統(tǒng)內(nèi)核的各種文件，如：OS_CORE.C、OS_FLAG.C、OS_MBOX.C、OS_MUTEX.C等，與應(yīng)用程序相關(guān)的文件：INCLUDES.H和OS_CFG.H則不需要修改。

1.2 STM32處理器

STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。我們所采用的STM32F103型，其內(nèi)核為ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。ECOPACK封裝，最多高達(dá)112個(gè)的快速I/O端口，最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器，最多多達(dá)13個(gè)通信接口，具有3種模式：休眠，停止，待機(jī)模式的低功耗，可以使其廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制等。

ST公司針對STM32提供了STM32庫作為函數(shù)接口，使得開發(fā)人員得以脫離最底層的寄存器操作，有開發(fā)快速、易于閱讀、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 μCOS-Ⅲ的移植

2.1 修改OS_CPU.H文件

μCOS-Ⅲ的內(nèi)核使用一個(gè)周期時(shí)鐘中斷，以計(jì)算任務(wù)延時(shí)時(shí)間和進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，在STM32中，這樣的時(shí)鐘中斷正適合由SysTick來提供。因?yàn)镺S_CPU_SysTickHandler（）函數(shù)與STM32庫所提供的stm32F10x_it.c文件中的SycTick_Handler（）函數(shù)功能一樣，都是使用SysTick的中斷處理，所以我們采用SycTick_Handler（）函數(shù)。因此，相應(yīng)的對于OS_CPU.H文件的操作是：注釋掉OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_SysTickInit（）函數(shù)的聲明。

2.2 修改OS_CPU_C.C

OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_CPU_SysTickInit（）函數(shù)的定義在OS_CPU_C.C文件中，由于我們采用了STM32官方庫提供的函數(shù)來對SysTick進(jìn)行中斷處理，所以我們要把OS_CPU_C.C的OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_CPU_SysTickInit（）這兩個(gè)函數(shù)注釋掉。

2.3 修改OS_CPU_A.ASM文件

我們下載的μCOS-Ⅲ移植工程是在官方的IAR編譯環(huán)境下建立的，IAR在匯編的語法方面和我們使用的MDK編譯器有一點(diǎn)區(qū)別，所有我們對匯編文件的部分指令做如下修改：在OS_CPU_A.ASM文件中，將原來的PUBLIC指令改為EXPORT，它們是等價(jià)的。（見表1）

2.4 修改CPU_A.ASM文件

在CPU_A.ASM匯編文件中，仍有因編譯環(huán)境的不同而引起的錯(cuò)誤，修改的方法同修改OS_CPU_A.ASM文件一樣，將原來的PUBLIC指令改為EXPORT。除此之外，在CPU_A.ASM文件中某些標(biāo)號帶有冒號，如“CPU_CntLeadZeros：”、“CPU_RevBits：”、

“CPU_WaitForInt：”和“CPU_WaitForExpect：”，為了適應(yīng)編譯環(huán)境，需要將其中的冒號去掉。

2.5 修改STM32F10X_IT.C文件

為了實(shí)現(xiàn)和完成完整的中斷，我們需要將STM32F10X_IT.C文件原有的PendSV_Handler空函數(shù)注釋掉，同時(shí)編寫SysTick中斷服務(wù)函數(shù)，代碼如表2：

我們可以看到，在SysTick的函數(shù)中調(diào)用了3個(gè)函數(shù)，它們都是μCOS源碼定義的函數(shù)，其基本功能如下：

（1）OSIntEnter（）函數(shù)，對用于表示中斷嵌套層的變量OSIntNesting加1，它與OSIntExit（）函數(shù)成對出現(xiàn)，在進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)，都應(yīng)該包含這兩個(gè)函數(shù)，中斷服務(wù)的內(nèi)容位于這兩個(gè)函數(shù)之間。

（2）OSIntExit（）函數(shù)，除了對嵌套層數(shù)OSIntNesting減1表示退出中斷外，還具有任務(wù)調(diào)度功能。

（3）OSTimeTick（）函數(shù)主要工作是對系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)事件的變量OSTime加1，另外，它還會遍歷所有任務(wù)，對延時(shí)任務(wù)的時(shí)間減1。

至此，我們對μCOS的源碼針對編譯環(huán)境做了修改，將SysTick中斷修改到STM32所提供的STM32F10X_IT.C文件后，就基本完成了μCOS的移植了。

3 系統(tǒng)測試

我們現(xiàn)在需要對移植好的代碼做一個(gè)簡單的測試，通過編寫流水燈任務(wù)來驗(yàn)證移植的成功。流水燈任務(wù)的部分代碼如表3：

運(yùn)行后我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)板的流水燈按照循環(huán)的方式一直閃爍，驗(yàn)證了μCOS-Ⅲ在STM32處理器核上的成功移植。

4 結(jié)束語

作為一個(gè)成熟的嵌入式操作系統(tǒng)，μCOS-Ⅲ已經(jīng)被廣泛移植于各種體系的微型處理器上了。在嵌入式技術(shù)高速發(fā)展的今天，基于ARM為內(nèi)核的微處理器憑借ARM優(yōu)秀的體系結(jié)構(gòu)被運(yùn)用于各種行業(yè)。通過研究μCOS-Ⅲ的移植，可以使得它在更廣泛的平臺得到應(yīng)用，更促進(jìn)嵌入式技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡介：馬昊（1994-），男，本科在讀，現(xiàn)就讀于徐州工程學(xué)院信電學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。