基於STM32的μCOSⅢ系統移植的設計論文
基於STM32的μCOSⅢ系統移植的設計論文
摘 要：隨著嵌入式系統產品漸漸完善，並在全世界各行業得到廣泛應用，透過移植嵌入式作業系統，計算機可以更好地管理記憶體，並且在很大程度上提高系統的實時性。文章主要介紹了μCOS-Ⅲ作業系統在基於ARM Contex-M3為核心的STM32處理器的移植要點，並且實現了原始碼公開的嵌入式實時作業系統μCOS-Ⅲ在STM32處理器上的成功移植。
關鍵詞：μCOS-Ⅲ；STM32處理器；移植
引言
隨著人類社會經濟的不斷髮展，科研領域不斷的拓寬，嵌入式系統產品漸漸完善，並在全世界各行業得到廣泛應用。透過移植嵌入式作業系統，計算機可以更好的管理記憶體，並且在很大程度上實現了系統的實時性。μCOS-Ⅲ作為一個微型實時作業系統，包括了一個作業系統最基本的特性，使用匯編語言和C語言編寫的μCOS-Ⅲ的構思巧妙，結構簡潔精煉，可讀性很強，作為一個原始碼開放的嵌入式作業系統，使用者只要做很少的工作就可以把它進行移植和維護。
1.1 實時作業系統μCOS-Ⅲ
μCOS-Ⅲ是一個可以基於ROM執行的、可裁減的、搶佔式、實時多工核心，具有高度可移植性。所謂的移植，在一個平臺環境能夠成功執行的程式，將它搬運到另一個平臺環境，並且使其成功執行。發展至今的'μCOS-Ⅲ，特別適合於微處理器和控制器，並且已經移植到近40多種處理器體系上，涵蓋了從8位到64位的各種CPU。
μCOS-Ⅲ原始碼可分為：與應用程式相關的檔案、與計算機硬體相關的檔案和系統核心的各種服務檔案。使用者在移植時，需要對與計算機硬體相關的檔案進行修改：如OS_CPU.H檔案，OS_CPU_A.ASM檔案和OS_CPU_C.C檔案。而系統核心的各種檔案，如：OS_CORE.C、OS_FLAG.C、OS_MBOX.C、OS_MUTEX.C等，與應用程式相關的檔案：INCLUDES.H和OS_CFG.H則不需要修改。
ST公司針對STM32提供了STM32庫作為函式介面，使得開發人員得以脫離最底層的暫存器操作，有開發快速、易於閱讀、維護成本低等優點。
2 μCOS-Ⅲ的移植
2.1 修改OS_CPU.H檔案
μCOS-Ⅲ的核心使用一個週期時鐘中斷，以計算任務延時時間和進行任務排程，在STM32中，這樣的時鐘中斷正適合由SysTick來提供。因為OS_CPU_SysTickHandler（）函式與STM32庫所提供的stm32F10x_it.c檔案中的SycTick_Handler（）函式功能一樣，都是使用SysTick的中斷處理，所以我們採用SycTick_Handler（）函式。因此，相應的對於OS_CPU.H檔案的操作是：註釋掉OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_SysTickInit（）函式的宣告。
2.2 修改OS_CPU_C.C
OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_CPU_SysTickInit（）函式的定義在OS_CPU_C.C檔案中，由於我們採用了STM32官方庫提供的函式來對SysTick進行中斷處理，所以我們要把OS_CPU_C.C的OS_CPU_SysTickHandler（）和OS_CPU_SysTickInit（）這兩個函式註釋掉。
2.3 修改OS_CPU_A.ASM檔案
我們下載的μCOS-Ⅲ移植工程是在官方的IAR編譯環境下建立的，IAR在彙編的語法方面和我們使用的MDK編譯器有一點區別，所有我們對彙編檔案的部分指令做如下修改：在OS_CPU_A.ASM檔案中，將原來的PUBLIC指令改為EXPORT，它們是等價的。（見表1）
2.4 修改CPU_A.ASM檔案
在CPU_A.ASM彙編檔案中，仍有因編譯環境的不同而引起的錯誤，修改的方法同修改OS_CPU_A.ASM檔案一樣，將原來的PUBLIC指令改為EXPORT。除此之外，在CPU_A.ASM檔案中某些標號帶有冒號，如“CPU_CntLeadZeros：”、“CPU_RevBits：”、
“CPU_WaitForInt：”和“CPU_WaitForExpect：”，為了適應編譯環境，需要將其中的冒號去掉。
2.5 修改STM32F10X_IT.C檔案
我們可以看到，在SysTick的函式中呼叫了3個函式，它們都是μCOS原始碼定義的函式，其基本功能如下：
（1）OSIntEnter（）函式，對用於表示中斷巢狀層的變數OSIntNesting加1，它與OSIntExit（）函式成對出現，在進入中斷服務函式時，都應該包含這兩個函式，中斷服務的內容位於這兩個函式之間。
（2）OSIntExit（）函式，除了對巢狀層數OSIntNesting減1表示退出中斷外，還具有任務排程功能。
（3）OSTimeTick（）函式主要工作是對系統統計事件的變數OSTime加1，另外，它還會遍歷所有任務，對延時任務的時間減1。
至此，我們對μCOS的原始碼針對編譯環境做了修改，將SysTick中斷修改到STM32所提供的STM32F10X_IT.C檔案後，就基本完成了μCOS的移植了。
3 系統測試
我們現在需要對移植好的程式碼做一個簡單的測試，透過編寫流水燈任務來驗證移植的成功。流水燈任務的部分程式碼如表3：
執行後我們發現實驗板的流水燈按照迴圈的方式一直閃爍，驗證了μCOS-Ⅲ在STM32處理器核上的成功移植。
4 結束語
作為一個成熟的嵌入式作業系統，μCOS-Ⅲ已經被廣泛移植於各種體系的微型處理器上了。在嵌入式技術高速發展的今天，基於ARM為核心的微處理器憑藉ARM優秀的體系結構被運用於各種行業。透過研究μCOS-Ⅲ的移植，可以使得它在更廣泛的平臺得到應用，更促進嵌入式技術的發展。
參考文獻
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