1、uC/OSII簡介
u C / O S 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)。
μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自于1992 年美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志的5 月和6 月刊上刊登的文章連載，并把μC/OS 的源碼發(fā)布在該雜志的B B S 上。
μC/OS 和μC/OS-II 是專門為計算機的嵌入式應用設計的， 絕大部分代碼是用C語言編寫的。CPU 硬件相關部分是用匯編語言編寫的、總量約200行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的CPU 上。用戶只要有標準的ANSI 的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC/OS-II嵌人到開發(fā)的產品中。μC/OS-II 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點， 最小內核可編譯至 2KB 。μC/OS-II 已經移植到了幾乎所有知名的CPU 上。
嚴格地說uC/OS-II只是一個實時操作系統(tǒng)內核，它僅僅包含了任務調度，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。沒有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網絡等額外的服務。但由于uC/OS-II良好的可擴展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實現(xiàn)。
uC/OS-II目標是實現(xiàn)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，消息隊列，內存管理，中斷管理等。
1.1任務管理
uC/OS-II 中最多可以支持64 個任務，分別對應優(yōu)先級0～63，其中0 為最高優(yōu)先級。63為最低級，系統(tǒng)保留了4個最高優(yōu)先級的任務和4個最低優(yōu)先級的任務，所有用戶可以使用的任務數(shù)有56個。
uC/OS-II提供了任務管理的各種函數(shù)調用，包括創(chuàng)建任務，刪除任務，改變任務的優(yōu)先級，任務掛起和恢復等。
系統(tǒng)初始化時會自動產生兩個任務：一個是空閑任務，它的優(yōu)先級最低，該任務僅給一個整形變量做累加運算;另一個是系統(tǒng)任務，它的優(yōu)先級為次低，該任務負責統(tǒng)計當前cpu的利用率。
1.2 時間管理
uC/OS-II的時間管理是通過定時中斷來實現(xiàn)的，該定時中斷一般為10毫秒或100毫秒發(fā)生一次，時間頻率取決于用戶對硬件系統(tǒng)的定時器編程來實現(xiàn)。中斷發(fā)生的時間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個時鐘節(jié)拍。
uC/OS-II要求用戶在定時中斷的服務程序中，調用系統(tǒng)提供的與時鐘節(jié)拍相關的系統(tǒng)函數(shù)，例如中斷級的任務切換函數(shù)，系統(tǒng)時間函數(shù)。
1.3 內存管理
在ANSI C中是使用malloc和free兩個函數(shù)來動態(tài)分配和釋放內存。但在嵌入式實時系統(tǒng)中，多次這樣的操作會導致內存碎片，且由于內存管理算法的原因，malloc和free的執(zhí)行時間也是不確定。
uC/OS-II中把連續(xù)的大塊內存按分區(qū)管理。每個分區(qū)中包含整數(shù)個大小相同的內存塊，但不同分區(qū)之間的內存快大小可以不同。用戶需要動態(tài)分配內存時，系統(tǒng)選擇一個適當?shù)姆謪^(qū)，按塊來分配內存。釋放內存時將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問題，同時執(zhí)行時間也是固定的。
1.4 任務間通信與同步
對一個多任務的操作系統(tǒng)來說，任務間的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4中同步對象，分別是信號量，郵箱，消息隊列和事件。所有這些同步對象都有創(chuàng)建，等待，發(fā)送，查詢的接口用于實現(xiàn)進程間的通信和同步。
1.5 任務調度
uC/OS-II 采用的是可剝奪型實時多任務內核?？蓜儕Z型的實時內核在任何時候都運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務。
uC/os-II的任務調度是完全基于任務優(yōu)先級的搶占式調度，也就是最高優(yōu)先級的任務一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運行的低優(yōu)先級任務的處理器資源。為了簡化系統(tǒng)設計，uC/OS-II規(guī)定所有任務的優(yōu)先級不同，因為任務的優(yōu)先級也同時唯一標志了該任務本身。
uC/OS-II詳細用法可參考相關資料。
2、FPGA下的uC/OS-II
下面就介紹怎樣在以黑金開發(fā)板EP2C208上進行uC/OSII實驗。
第一步：添加一個用于系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的定時器timer_ucos，定時時間為100ms(根據(jù)任務定)。
第二步：在Nios下設置相關選項。請看下面操作步驟。
打開Quart II工程，以黑金開發(fā)板EP2C208的工程為例，進入SOPC Builder界面下如圖：
在左側的“System Contents”下單擊Peripherais的左側“
”;在彈出的菜單下單擊Microcotroller Peripherais的左側“
”;如下圖。
找到 “Interval Timer”并雙擊，彈出如下圖并按下圖進行相關設置，單擊完成。
命名為timer_ucos;如下圖。
時鐘節(jié)拍定時器到此已添加完成，單擊Generate按鈕生成SOPC系統(tǒng)。
接下來對Quart II工程進行編譯并把 “.pof”通過AS接口下接到EPCS中。至此Quart II工程工作完畢.。[!--empirenews.page--]
拉下來對Nios工程進行設置。如果沒有關閉SOPC界面，可點擊“System Generation”下的Nios ii IDE按鈕即可進行Nios工程，前提是安裝了Nios ii 軟件。
新建一個Nios II工程，單擊“File”菜單下“New”下的“Nios II C/C++ Application”如下圖。
進入后出現(xiàn)如下圖，并按圖中參數(shù)設置(注ucosII為工程名，ep2c8q為SOPC系統(tǒng)，Micro uC/OS-II tutorial為uCOS-II模板)。
單擊Next按鈕后按下圖設置后單擊Finish。
接下來對工程進行基本的設置，右擊uCOSII選擇彈出菜單中的“System Library Properties”出現(xiàn)如下界面并按照如下參數(shù)設置。然后單擊OK。
把ucosii_tutorial.c中文件內容用下面代碼代替。
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/* * ===================================================================================== * * Filename: ds1302.c * * Description: DS1302驅動 * * Version: 1.0.0 * Created: 2010.4.16 * Revision: none * Compiler: Nios II 9.0 IDE * * Author: 馬瑞 (AVIC) * Email: avic633@gmail.com * * ===================================================================================== */ #include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include "includes.h"#include "alt_ucosii_simple_error_check.h"#include"ds1302.h"#include "altera_avalon_pio_regs.h"#include "altera_avalon_timer_regs.h"#include "alt_types.h"#include "sys/alt_irq.h"//定義椎棧#define TASK_STACKSIZE 2048OS_STK initialize_task_stk[TASK_STACKSIZE];OS_STK ds1302_task_stk[TASK_STACKSIZE];[!--empirenews.page--]
OS_STK led_task_stk[TASK_STACKSIZE];OS_STK seg_task_stk[TASK_STACKSIZE];//定義優(yōu)先級#define INITIALIZE_TASK_PRIORITY 6#define LED_TASK_PRIORITY 10#define DS1302_TASK_PRIORITY 11#define SEG_TASK_PRIORITY 12//格式為: 秒 分 時 日 月 星期 年unsigned char time[7] = {0x00,0x19,0x14,0x17,0x03,0x17,0x10};unsigned char ti[][7]={"一","二","三","四","五","六","日"}; alt_u8 segtab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};unsigned char bittab[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};unsigned char led_buffer[8]={1,2,3,4,5,6,7,8};static unsigned char cnt=0; void seg_handler(void); /* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: ds1302_task * Description: 任務1 調用ds1302驅動并通過串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void ds1302_task(void* pdata)[!--empirenews.page--]
{ INT8U return_code = OS_NO_ERR; ds1302.set_time(time); printf("Hello from Nios II!n"); while(1){ printf("Hello from Nios II!rn"); ds1302.get_time(time); printf("%02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d 星期%srn", time[6],time[4],time[3],time[2],time[1],time[0],ti[time[5]-1]); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); } }/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: led_task * Description: 任務2 調用LED驅動并通過串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void led_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; unsigned int num=0; LED->DATA =0xffffffff; while (1){ [!--empirenews.page--]
printf("led is running!rn"); if(num%2==0) LED->DATA =0xffffffff; else LED->DATA =0; num++; OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0); }}/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: seg_task * Description: 任務3 調用數(shù)碼管驅動并通過串口顯示數(shù)據(jù) * ===================================================================================== */ void seg_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; unsigned int numseg=0; while (1){ numseg++; seg_handler(); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 300); }}/* * === FUNCTION ======================================================================[!--empirenews.page--]
* Name: seg_handler * Description: * ===================================================================================== */ void seg_handler(void){ IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_SEL_BASE, 0xff); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_SEL_BASE, bittab[cnt]); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(SEG_DAT_BASE, segtab[led_buffer[cnt]]); cnt++; if(cnt==6) cnt=0; }/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: main * Description: * ===================================================================================== */ void initialize_task(void* pdata){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; initCreateTasks(); return_code = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); while (1);} /* [!--empirenews.page--]
* === FUNCTION ====================================================================== * Name: main * Description: * ===================================================================================== */ int main (int argc, char* argv[], char* envp[]){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; return_code = OSTaskCreateExt(initialize_task, NULL, (void *)&initialize_task_stk[TASK_STACKSIZE], INITIALIZE_TASK_PRIORITY, INITIALIZE_TASK_PRIORITY, initialize_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); OSStart(); return 0;} [!--empirenews.page--]
/* * === FUNCTION ====================================================================== * Name: initCreateTasks * Description: * ===================================================================================== */ int initCreateTasks(void){ INT8U return_code = OS_NO_ERR; return_code = OSTaskCreateExt(ds1302_task, NULL, (void *)&ds1302_task_stk[TASK_STACKSIZE], DS1302_TASK_PRIORITY, DS1302_TASK_PRIORITY, ds1302_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return_code = OSTaskCreateExt(led_task, NULL, (void *)&led_task_stk[TASK_STACKSIZE],[!--empirenews.page--]
LED_TASK_PRIORITY, LED_TASK_PRIORITY, led_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return_code = OSTaskCreateExt(seg_task, NULL, (void *)&seg_task_stk[TASK_STACKSIZE], SEG_TASK_PRIORITY, SEG_TASK_PRIORITY, seg_task_stk, TASK_STACKSIZE, NULL, 0); return 0;} |
編譯Nios II工程，下載到EPCS中，下載的方法前面章節(jié)講過，這里就不再重復了。下面是PC機上串口調試工具上的數(shù)據(jù)。在開發(fā)板上還可以看到四個LED燈在閃爍和數(shù)碼管顯示654321。
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