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UCOS-II在ADSP-21535上的实现

菜鸟
2007-12-03 19:18:50    评分
UC/OS-II是一个实时内核软件,它用来管理微处理器、微控制器和数字信号处理器的CPU的任务调度,以
        保证它们的高效运行。当前数字信号处理芯片在电子信息的各个领域得到越来越广泛地应用。本文阐明
        如何将UC/OS-II移植到数字信号处理器ADSP-21535的实用技术。
关键词:UC/OS-II实时内核、数字信号处理器、ADSP-21535、任务。

一.前言
     当前操作系统解决的问题是如何充分提高CPU的利用率。因为慢速运行的外围设备严重影响了CPU能力的发挥;程序中的延时和等待,浪费了大量的CPU时间。如果把程序分成若干个任务,那么,遇到延时或等待事件时,就将挂起正在执行的任务,调换另一个就绪任务给CPU去执行,仅在延时时间到或等待的事件出现,再调原挂起的任务继续执行。有关任务切换、调度和分配CPU的一些操作是操作系统的核心内容,称作操作内核(Operating Kernel),有时也叫实时执行程序(RTX)。操作内核加上内存管理、I/O管理等就够成较完整的操作系统。UC/OS-II就是一个比较小的操作系统。
本文详细阐述了基于ADSP-21535的UC/OS-II的移植技术。
二.UC/OS-II简介
1. UC/OS-II的特点
   UC/OS-II是专门为计算机的嵌入式应用而设计的,绝大部分代码是用C语言编写的。与CPU硬件紧密相关部分代码是用汇编语言编写的,可移植性强。
   UC/OS-II是基于优先级的占先式(preemptive)多任务实时内核,即总是让进入就绪态的诸任务中优先级最高的那个任务先运行。UC/OS-II最多可同时管理64G个任务。如图1所示。
   UC/OS-II是可裁剪的,即只嵌入用户程序需要的函数。
   UC/OS-II提供的系统服务函数的执行时间都是可知的。函数执行时间与任务数目无关,且不大于某一确定值。

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图1 占先式内核的简单执行过程

2. 在UC/OS-II内核中与任务有关的服务函数及数据结构:
1) 创建任务
   UBYTE OSTaskCreate(void(far task)(pd), void pdata, void *pstk, UBYTE p);
2) 删除任务
   UBYTE OSTaskDel(UBYTE p);
3) 任务调度
   void OSSched(void);
4) 任务切换
   void OSCtxSw(void)
5) 任务控制块结构
   Typedef structos_tcb
  { void *OSTCBStkPtr;
   UBYTE OSTCBState;
   UBYTE OSTCBPrio;
   UWORD OSTCBDly;
   UBYTE OSTCBX;
   UBYTE OSTCBY;
   UBYTE OSTCBBitX;
   UBYTE OSTCBBitY;
   struct os_tcb *OSTCBNext;
   struct os_tcb *OSTCBPrev;
   OS_EVENT *OS_TCBEventPtr;
   }OS_TCB;
  用MAX_TASK个OS_TCB空结构构成空白单链表,供OSTCBInit()申请一个空结构。初始化后的OS_TCB还要链入TCB双链表。
3. 与中断有关的服务函数:
1) 退出中断
   void OSIntExit( );
2) 检查任务的延迟时间到达没有
   void OSTimeTick( );
4. 与移植有关的主要函数:
1) 启动多任务
   void OSStartHighRdy( );
2) 任务切换
   void OSCtxSw( );
3) 中断级任务切换
   void OSIntCtxSw( );
4) 提供节拍中断向量
   void OSTickISR( );
5) 初始化任务堆栈
   void OSTaskStkInit( );

三.ADSP-21535简介
1.ADSP-21535特性
   ADSP-21535是Blackfin系列的16位定点DSP。Blackfin核包含两个乘累加器(MAC),具有一个正交的精简指令集(RISC),并且将单指令多数据(SIMD)和多媒体操作引入单指令集结构。同时还具有低功耗的性能。ADSP-21535在内核基础上集成了各种外设如通用异步发送接收端口(UART)、串行外设接口(PCI)、实时时钟(RTC)、通用串行总线接口(USB)等。
2.ADSP-21535的特点
1) 两个独立的成法累加器MAC。
2) 两个40位的ALU。
3) 四个视频ALU和一个移位器ALU。
4) 支持改进型哈佛结构和分级存储器结构。
5) 1级存储器(L1)在片内,访问周期只有一个处理器周期,包括4K高速暂存存储器、16K指令存储器和32K数据存储器。
6) 2级存储器(L2)的访问需要多个时钟周期,包括片内256K SRAM及片外SDRAM和异步存储器。
7) ADSP-21535支持动态电源管理。

四.基于ADSP-21535的UC/OS-II的移植
1.总括
   在UC/OS-II中,不同大小的任务有不同大小的堆栈空间。ADSP-21535有3种工作模式:用户模式、监控模式和仿真模式。应用程序代码和大部分的UC/OS-II的服务程序一般在用户模式下被执行。当有中断或异常现象发生,或者当UC/OS-II内核在执行上下文切换时,ADSP-21535会被自动切换为监控模式。
   三种模式的转换如图2所示:

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为一个应用程序新编写实时内核时,首先要根据具体情况重新做好配置,然后编译/汇编,连接定位。最后启动实时内核。配置与启动的主要步骤如下:
 创建所需任务,至少有一个可修改头文件(如UCOS.H)#define的命名常量。
 根据目标CPU,重新检查typedef中数据类型与其别名是否符合实际并作出相应的更正。
 根据目标CPU,重写某些与CPU紧密相关的汇编程序。
 将函数OSTimeTick()改装成中断服务程序。
 为所有的ISR填写中断向量表。
 在应用主程序main()中
   ――分配堆栈、定义变量;
   ――调用OSInit(),对内核有关变量初始化;
   ――调OSStart(),进入实时多任务环境,调度就绪任务表中优先级最高者转入运行态,获得CPU,运行开始。
2.UC/OS-II的启动过程
   多任务的启动是用户通过调用OSStart()实现的。
   调用OSStart()函数后,要从就绪表中找到优先级最高的任务控制块,启动高优先级就绪任务启动函数OSStartHighRdy(),再启动多任务内核。当有中断或者是有优先级更高的任务出现的时候就会转入相应的函数进行处理;如果没有就会依任务的需求进行任务之间的转换或是任务自身的状态转换。移植过程主要是编写这里面的与处理器相关的函数。
   启动过程见图3:

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图3 多任务启动内核




关键词: UCOS-II     ADSP-21535     实现     OS-    

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