詳細的S3C2440的ucOSII和ucGUI移植過程

1、基于S3C2440的uc/OS-II和uc-GUI移植和應用實驗目的：1. 熟悉ARM體系結構2. 深入學習操作系統(tǒng)原理3. 增強動手實踐能力實驗平臺：ARM9體系結構處理器S3C2440飛凌嵌入式開發(fā)板FL2440（由于本實驗大部分在宿舍完成，故采用了自己的嵌入式開發(fā)板作為平臺，硬件與實驗箱基本相似）功能實現主要功能是利用uc/OS-II的多任務調度功能和uc-GUI提供的圖形函數接口，編寫一個Uart傳輸測試程序。通過Uart協議，傳輸PC機鍵盤輸入的數據，在開發(fā)板的LCD上顯示出來。同時實現了字符串移動和現實系統(tǒng)信息的附加功能。注：本實驗中，移植代碼部分參考了網絡上的一些相關文章，應用程

2、序部分全部由自己編寫完成。實驗原理：1 背景介紹(1)ARM9（S3C2440）ARM9系列處理器是英國ARM公司設計的主流嵌入式處理器。S3C2440是三星公司生產的基于ARM9體系結構的處理器，能夠運行l(wèi)inux、wince等大型操作系統(tǒng)，構成非常典型的cpu+os嵌入式系統(tǒng)。1(2)uc/OS-IIuc/OS是一種免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統(tǒng)。uc/OS-II是一個實時操作系統(tǒng)內核，它包含了任務調度，任務管理，時間管理，內存管理和任務間的通信和同步等基本功能。是一個基于優(yōu)先級調度的搶占式的實時內核，并在這個內核之上提供最基本的系統(tǒng)服務，如信號量，郵箱，消息隊

3、列，內存管理，中斷管理等。(3)uc-GUI uC/GUI是Micrium公司開發(fā)的通用的嵌入式用戶圖形界面軟件。它給任何使用圖形LCD的應用程序提供獨立于處理器和LCD控制器之外的有效的圖形用戶接口?？梢詰糜趩我蝗蝿窄h(huán)境，也可以應用于多任務環(huán)境中。uC/GUI能夠應用于任何LCD控制器和CPU的任何尺寸的物理顯示或者模擬顯示中。2移植原理(1)uc/OS-II移植為了方便移植，大部分的uC/OS II代碼是用c語言寫的，但仍需要用c和匯編語言寫一些與處理器相關的代碼，這是因為uC/OS II在讀寫處理器寄存器時只能通過匯編語言來實現。由于uC/OS II在設計時就已經充分考慮了可移植性，所

4、以uC/OS II的移植相對來說是比較容易的。移植主要涉及的文件。（具體移植代碼見后文附錄）(a) 設置與處理器及編譯器相關的代碼OS_CPU.H這部分代碼主要實現一些數據類型的定義。不同的編譯器會使用不同的字節(jié)長度來表示同一數據類型，所以要定義一系列數據類型以確保移植的正確性。下面是uC/OS II定義的一部分數據類型。typedef unsigned char BOOLEAN； /*布爾型數據類型*/typedef unsigned char INT8U；/*無符號8位*/ typedef signed char INT16S；/*帶符號8位*/ typedef unsigned int

5、INT16U；/*無符號16位*/uC/OS II需要先關中斷再訪問臨界區(qū)的代碼，并且在訪問完后重新允許中斷。uC/OS II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，本移植實現這兩個宏的匯編代碼。 #defineOS_ENTER_CRITICAL()_asmbl ARMDisableInt/ARMDisableInt()#defineOS_EXIT_CRITICAL()_asmbl ARMEnableInt/ARMEnableInt()其中ARMDisableInt和ARMEnableInt兩個函數在2440slib.s里面實

6、現(b) 用C語言實現與處理器任務相關的函數OS_CPU_C.C這部分代碼最主要的功能是實現一個系統(tǒng)的堆棧初始化函數OS_STK * OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata,OS_STK *ptos,INT16U opt)其他的一些操作系統(tǒng)的鉤子函數也在這里定義，如：void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb)；等等，用來實現操作系統(tǒng)的擴展功能。由于本實驗沒有使用到這些鉤子函數，故在這里只定義成空函數即可。(c) 處理器相關部分匯編實現這部分代碼是移植的核心內容，主要實現操作系統(tǒng)的任務調度等核心功能。a)

7、OSStartHighRdy() 該函數在OSStart()多任務啟動之后，負責從最高優(yōu)先級任務的TCB控制塊中獲得該任務 的堆棧指針sp，通過sp依次將CPU現場恢復，此時系統(tǒng)就將控制權交給用戶創(chuàng)建的該任務的進程，直到該任務被阻塞或者被其他更高優(yōu)先級的任務搶占了 CPU。該函數僅僅在多任務啟動時被執(zhí)行一次，用來啟動第一個，也就是最高優(yōu)先級的任務執(zhí)行。 b)OSCtxSw() 該函數是任務級的上下文切換函數，在任務因為被阻塞而主動請求與CPU調度時執(zhí)行，主要工作是 先將當前任務的CPU現場保存到該任務堆棧中，然后獲得最高優(yōu)先級任務的堆棧指針，從該堆棧中恢復此任務的CPU現場，使之繼續(xù)執(zhí)行，從而

8、完成一次任務切 換。 c)OSIntExit() 該函數是中斷級的任務切換函數，在時鐘中斷ISR中發(fā)現有高優(yōu)先級任務在等待時，需要在中斷退 出后不返回被中斷的任務，而是直接調度就緒的高優(yōu)先級任務執(zhí)行。其目的在于能夠盡快讓高優(yōu)先級的任務得到響應，保證系統(tǒng)的實時性能。 d)OSTickISR() 該函數是時鐘中斷處理函數，主要任務是負責處理時鐘中斷，調用系統(tǒng)實現的OSTimeTick 函數，如果有等待時鐘信號的高優(yōu)先級任務，則需要在中斷級別上調度其執(zhí)行。另外兩個相關函數是OSIntEnter()和OSIntExit()，都需要 在ISR中執(zhí)行。2（2） uc-GUI移植移植uC/GUI主要集中在修

9、改三個頭文件和兩個C文件。三個頭文件都在Config下，分別是GUICon.h ,GUITouchConf.h,LCDConf.h ；兩個C文件一個是GUI_X.C(SampleGUI_X.C) ,.另外一個在GUILCDDriver目錄下（LCDWin.c）(a)修改頭文件LCConf.h主要修改的地方：#define LCD_XSIZE      (320)  #define LCD_YSIZE      (240)   #define LC

10、D_BITSPERPIXEL (16)   /16Bpp #define LCD_CONTROLLER 1375 LCD_XSIZE  ,LCD_YSIZE 是對應LCD的尺寸大小LCD_BISPERPIXEL  指定每象素的位的數量LCD_CONTROLLER是LCD控制器(b)修改頭文件GUI_Conf.h #ifndef GUICONF_H#define GUICONF_H #define GUI_OS         

11、           (1)/* 是否支持OS*/#define GUI_SUPPORT_TOUCH         (0) /*是否支持觸摸屏*/#define GUI_SUPPORT_UNICODE       (1) /*是否支持ASCII/UNICODE*/ #define GUI_DEFAULT_FONT&#

12、160;         &GUI_Font6x8 /*選擇一個默認的字體*/#define GUI_ALLOC_SIZE          1024*1024 /*動態(tài)內存的大小*/ #define GUI_WINSUPPORT            (1) /*是否支持 WM（

13、視窗管理器）*/#define GUI_SUPPORT_MEMDEV        (1) /*是否支持存儲設備*/#define GUI_SUPPORT_AA            (0) /*是否支持反鋸齒*/ #endif 在LCD的最基本操作就是在某一個坐標上畫點，其他的操作都是畫點操作延伸出來的。uC/GUI的所有對LCD的操作也是基于這個動作。在FL2440_LCD

14、_for_GUI.c文件中實現開發(fā)板LCD的基本操作函數，與uc-GUI中定義的函數對接。如：void FL2440_LCD_SetPixel(U32 x,U32 y,U16 c)PutPixel(x,y,c);/*基本的LCD畫點函數*/U16 FL2440_LCD_GetPixel(U32 x,U32 y)return (GUI_Point(x,y);/*基本的LCD讀點函數*/void FL2440_LCD_Off(void)Lcd_EnvidOnOff(0); /*LCD開關*/void FL2440_LCD_On(void)Lcd_EnvidOnOff(1); /*LCD開關*/3實

15、驗過程：前面介紹了基本的移植原理，要想讓開發(fā)板能夠正常工作，還需要一些額外的工作。1 啟動代碼采用三星公司針對2440的啟動代碼，基本無需修改。2 應用程序前面介紹的uc/OS-II只是一個操作系統(tǒng)的最基本內核，要實現具體功能，要求開發(fā)人員自己編寫相關的應用程序。本實驗中，應用程序在主函數文件finalmain.c中實現。主要功能是利用uc/OS-II的多任務調度功能和uc-GUI提供的圖形函數接口，編寫一個Uart傳輸測試程序。通過Uart協議，傳輸PC機鍵盤輸入的數據，在開發(fā)板的LCD上顯示出來。同時實現了字符串移動和現實系統(tǒng)信息的附加功能。主函數如下：void Main()/系統(tǒng)時鐘，L

16、CD，Uart，GUI以及uc/OS-II的初始化cpu_init();FL_Lcd_Init();Uart_Init(0,115200);Uart_Printf("begin!n");GUI_Init();GUITASK_Init();OSInit(); OSTimeSet(0); /創(chuàng)建起始任務 OSTaskCreate(TaskStart, 0, &TaskStartSTKTaskStkLeath-1, NormalTaskPrio+13); /創(chuàng)建信號量，用于在文本框輸入滿后清除文本框內容使用Cls=OSSemCreate(1); OSStart();voi

17、d TaskStart (void *pdata) /起始任務 / 設置系統(tǒng)時鐘節(jié)拍 Init_Timer4(); / 初始化統(tǒng)計任務 OSStatInit(); / 創(chuàng)建任務/*Task_Text為創(chuàng)建文本框任務，在LCD上畫出一個文本框，同時實現在文本框輸入滿的時候清楚文本框內容*/ OSTaskCreate(Task_Text,0, &Task_Text_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio); /*Task_SideText任務，在LCD側邊處現實操作系統(tǒng)名稱及版本，并向上移動*/OSTaskCreate(Task_SideText,0,&am

18、p;Task_SideText_StkTaskStkLeath-1,NormalTaskPrio+3); /*Task_Info任務，在文本框下方顯示系統(tǒng)信息，包括CPU使用率，系統(tǒng)任務切換頻率，系統(tǒng)開機時間*/ OSTaskCreate(Task_Info, 0, &Task_Info_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+5); /*Task_Title任務在文本框上方滾動現實提示信息*/ OSTaskCreate(Task_Title, 0, &Task_Title_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+

19、6); /*Task_Uart任務，從Uart串口讀取數據顯示在文本框中*/OSTaskCreate(Task_Uart, 0, &Task_Uart_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+8);/*在文本框中現實位圖，（可選）*/ /OSTaskCreate(Task_Bmp, 0, &Task_Bmp_StkTaskStkLeath - 1, NormalTaskPrio+7); OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); Uart_Printf("Exit TaskStart.n");實驗結果：經過多次實驗和調試

20、，最終實現了上述功能，以下是實驗結果截圖：ADS工程源文件組織結構附錄：1 uc/OS-II移植代碼（匯編函數部分）：OSStartHighRdy BL OSTaskSwHook ; Call user-defined hook function LDR r4, =OSRunning ; Indicate that multitasking has started MOV r5, #1 STRB r5, r4 ; OSRunning = true LDR r4, =OSTCBHighRdy ; Get highest priority task TCB address LDR r4, r4 ;

21、 get stack pointer LDR sp, r4 ; switch to the new stack LDMFD sp!, r4 ; pop new task s spsr MSR spsr_c, r4 LDMFD sp!, r4 ; pop new task s psr MSR cpsr_c, r4 LDMFD sp!, r0-r12,lr,pc ; pop new task s r0-r12,lr & pc OSCtxSw STMFD sp!, lr STMFD sp!, r0-r12,lr ; push lr & register file MRS r4, cp

22、sr ; copy CPSR to R4 STMFD sp!, r4 ; push current psr MRS r4, spsr ; copy SPSR to R4 STMFD sp!, r4 ; push current spsr_OSCtxSw LDR r4, =OSPrioCur ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy LDR r5, =OSPrioHighRdy LDRB r6, r5 STRB r6, r4 LDR r4, =OSTCBCur ; Get current task TCB address LDR r5, r4 STR sp, r5 ; store

23、sp in preempted tasks's TCB BL OSTaskSwHook ; call Task Switch Hook LDR r6, =OSTCBHighRdy ; Get highest priority task TCB address LDR r6, r6 LDR sp, r6 ; get new task s stack pointer STR r6, r4 ; set new current task TCB address LDMFD sp!, r4 ; pop new task spsr MSR spsr_c, r4 LDMFD sp!, r4 ; po

24、p new task cpsr MSR cpsr_c, r4 LDMFD sp!, r0-r12,lr,pc ; pop new task r0-r12,lr & pcOSIntCtxSw LDR r0, =OSIntCtxSwFlag ; OSIntCtxSwFlag = true MOV r1, #1 STR r1, r0 MOV pc, lr ;This is only change flag,return to OSIntExit/OSTickISRSUBlr, lr, #4 STMFDsp!, r0-r12, lr ; push r0-r12 register file an

25、d lr( pc return address ) MRS r4, spsr STMFD sp!, r4 ; push current spsr_irq ( =cpsr_svc )mov r0,#0x4000mov r1,#0x4a000000str r0,r1,#0mov r0,#0x4000mov r1,#0x4a000000str r0,r1,#0x10BLOSIntEnterBL OSTimeTickBL TmrSignalTmrBLOSIntExitLDRr0, =OSIntCtxSwFlag ; check if OSIntCtxFlag is marked as trueLDR

26、r1, r0CMPr1, #1BEQ_IntCtxSw ; if OSIntCtxFlag = true, then jump to _IntCtxSwLDMFD sp!, r4 ; get cpsr_svc from stackMSR spsr_c, r4 ; prepare spsr to return svc modeLDMFDsp!, r0-r12, pc ; recover r0-r12 and pc from stack, cpsr also _IntCtxSw MOV r1, #0 ; clear OSIntCtxSwFlag = flase STR r1, r0 LDMFD s

27、p!, r4 ; restore spsr_irq MSR spsr_c, r4 LDMFDsp!, r0-r12, lr ; recover the irq stack pointer LDR r5, =SAVED_LR_IRQ LDR r6, =SAVED_LR_SVCSTRlr, r5 ; save lr_irq to SAVED_LR_IRQ MOVlr, #0x00000093 ; change forcely cpsr to svc modeMSRcpsr_c, lrSTR lr, r6 ; save lr_svc to SAVED_LR_SVCLDRlr, r5 ; get lr

28、_irq value saved in SAVED_LR_IRQ STMFD sp!, lr LDRlr, r6 STMFD sp!, r0-r12,lr ; push lr & r0-r12 register file MRS r4, spsr STMFD sp!, r4 ; push current psr MRS r4, spsr STMFD sp!, r4 ; push spsr B_OSCtxSw ; jump to _OSCtxSwARMDisableIntMRSr0, cpsrSTMFDsp!, r0 ; push current PSRORRr0, r0, #0x80MSRcpsr_c, r0 ; disable IRQ Int sMOVpc, lrARMEnableIntLDMFDsp!, r0 ; pop current PSRMSRcpsr_c, r0 ; restore original cpsrMOVpc, lr2 uc/OS-II移植代碼（C語言函數部分）：OS_STK * OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)