S3C2416裸机开发系列十五_GCC下uCOS的移植(1)
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操作系统是用来管理系统硬件、软件及数据资源，控制程序运行，并为其它应用软件提供支持的一种系统软件。根据不同的种类，又可分为实时操作系统、桌面操作系统、服务器操作系统等。对于一些小型的应用，对系统实时性要求高，硬件资源有限等的情况下，应尽量避免使用复杂庞大的操作系统(如Linux)，使用小型的实时操作系统(如uCOS)更能满足应用的需求。笔者此处就uCOS-II的移植作一个简单的介绍。
1. 代码准备uCOS-II V2.91源码，这个版本的源码是uCOS-II的最新版本，请读者自行从Micrium官网或其它网站下载这个版本的源码，当然，其它版本的uCOS-II也是一样方式移植的。Micrium官网也给出了一些cpu的移植范例，可供参考，此处是下载源码，一步一步进行移植。
s3c2416启动代码工程，启动代码是s3c2416/50/51这系列arm9芯片在运行用户c代码main函数之前必须先运行的代码，启动代码支持sd、Nand启动，为用户设置系统时钟，初始化内存，自动识别启动设备并搬移代码到RAM，MMU映射，中断管理等，用户只需专注于用c开发其它功能函数即可。关于启动代码以及启动代码的实现过程，笔者前面章节有非常详细的介绍。此处以GCC下移植uCOS为讲解，下载”GCC启动代码工程应用实例”中的启动代码源码即可。如果在MDK下开发，下载”MDK启动代码工程应用实例”中的启动代码源码。
用户代码，用c开发的所有功能代码，其中，用户代码入口为main()函数，在这里实现uCOS多任何运行代码。
2. 工程搭建在linux操作系统下任一路径下新建一个uCOS的工程目录，该目录下新建uCOS-II目录用来保存uCOS相关部分。下载uCOS-II V2.91源码并解压，把Source目录全部拷贝到uCOS-II目录下，同时在目录下新建一个Cfg目录用来保存uCOS的配置文件，新建一个Ports目录用来保存uCOS移植接口文件。
把启用代码目录start_code拷贝到UCGUI目录下，这部分代码无需任何的修改。并保留其中的Makefile这些文件。GCC启动代码下的工程管理Makefile提取自uboot，可以方便地增加源代码以及代码目录。
在UCGUI目录下新建apps目录，用来保存应用相关的源码。
最终的UCGUI目录内容如下：
uCOS/start_code，保存s3c2416启动代码相关的部分
uCOS/app，保存工个工程的应用部分
uCOS/uCOS-II/Cfg，保存uCOS的配置部分
uCOS/uCOS-II/Ports，保存uCOS移植部分
uCOS/uCOS-II/Source，保存uCOS的源码，通常可直接替换更高版本的源码
3. uCOS移植uCOS-II应用在不同的cpu，需要在uCOS-II/Ports目录中实现os_cpu.h、os_cpu_a.s、os_cpu_c.c这三个文件的修改编写。
3.1. os_cpu.h的编写3.1.1. 外部声明uCOS-II用OS_CPU_GLOBALS和OS_CPU_EXT来声明外部的变量、符号，这部分如下：
#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif
3.1.2. 数据类型定义为了确保uC/OS-II的可移植性，在os_cpu.h中声明了一系列的类型定义。这些类型不依赖于c数据类型如int、short、long等。数据类型定义如下：
typedef unsigned char BOOLEAN; /* 布尔变量*/
typedef unsigned charINT8U; /* 无符号8位整型变量*/
typedef signed char INT8S; /* 有符号8位整型变量*/
typedef unsigned shortINT16U; /* 无符号16位整型变量*/
typedef signed shortINT16S; /* 有符号16位整型变量*/
typedef unsigned int INT32U; /* 无符号32位整型变量*/
typedef signed int INT32S; /* 有符号32位整型变量*/
typedef float FP32; /* 单精度浮点数（32位长度）*/
typedef double FP64; /* 双精度浮点数（64位长度）*/
3.1.3. 栈配置uCOS-II适用于8位、16位、32位的cpu，不同字长的cpu，其栈字长也是不一样的，uCOS-II用OS_STK表栈类型，同时栈的生长方式可以由高地址到低地址，也可由低地址到高地址。对于arm架构cpu，栈可以向下，也可以向上增长。但对于各个编译器是约定栈由高地址向低地址增长的，栈字长为32位。栈配置内容如下：
typedef INT32U OS_STK; /* 栈是32位宽度*/
#define OS_STK_GROWTH 1 /* 栈是从高往下生长*/
3.1.4. 临界区访问对于可抢占式操作系统，有一小段关键代码必须独占访问，如果有一个任务(线程)正在访问临界代码，则其它任务(线程)不能再进入该段代码，直到占有访问权的任务(线程)退出这个临界区。uCOS-II在访问内核临界区时是通过OS_ENTER_CRITICAL()/OS_EXIT_CRITICAL()这两个宏开关中断来禁止任务抢占来确保临界区不被破坏。通常，临界区访问有三种方式，一是直接开关中断，二是从栈中保存/恢复中断状态再开关中断，三是从局部变量保存/恢复中断状态再开关中断。uCOS-II采用了第三种开关中断方式，需实现状态保存恢复开关中断CPU_SR_Save()/CPU_SR_Restore()，需引入一个OS_CPU_SR类型的变量保存cpu中断状态，临界区中断访问内容如下：
#define OS_CRITICAL_METHOD 3 /*局部变量保存/恢复状态再开关中断 */
typedef INT32U OS_CPU_SR; /*开关中断前用来保存/恢复中断状态*/
#define OS_ENTER_CRITICAL() {cpu_sr =CPU_SR_Save ();} /* 关中断 */
#define OS_EXIT_CRITICAL() {CPU_SR_Restore (cpu_sr);} /* 开中断*/
3.1.5. 函数声明uCOS-II需汇编实现开关中断、任务切换这些与体系结构相关的功能，在汇编文件os_cpu_a.s中进行实现，头文件进行函数声明，声明有如下几个函数：
#define OS_TASK_SW() OSCtxSw() /* 任务级任务切换函数*/
OS_CPU_SR CPU_SR_Save(void);
void CPU_SR_Restore(OS_CPU_SR cpu_sr);
void OSStartHighRdy(void);
void OSCtxSw(void);
void OSIntCtxSw(void);
3.2. os_cpu_a.s的编写高级语言不能实现保存/恢复寄存器，因此uCOS-II需要编写汇编实现六个简单的函数，CPU_SR_Save ()、CPU_SR_Restore()、OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、IRQ_SaveContext()。
3.2.1. CPU_SR_Save()函数由于采用从局部变量保存/恢复中断状态再开关中断的方式，用R0返回中断状态，并关闭中断，该函数是OS_ENTER_CRITICAL()的宏实现。
.globl CPU_SR_Save
CPU_SR_Save:
MRS R0, CPSR
ORR R1, R0, #0xC0 // 设置IRQ,FIQ均禁止中断
MSR CPSR_c, R1
BX LR // 禁止中断,返回中断状态到R0中
3.2.2. CPU_SR_Restore()函数临界区访问完后，需恢复关中断前的中断状态，该函数是OS_EXIT_CRITICAL()的宏实现。
.globl CPU_SR_Restore
CPU_SR_Restore:
MSR CPSR_c, R0
BX LR
3.2.3. OSStartHighRdy()函数当用户通过OSStart()启动uCOS内核进行管理时，OSStart()会首先调用OSStartHighRdy()来运行已创建任务中优先级最高的任务，OSStartHighRdy()需完成以下工作：
(1) 禁止中断切换到管理模式，所有任务均工作在管理模式
(2) 调用任务切换钩子函数，即先调用OSTaskSwHook()函数
(3) 标记uCOS-II内核已启动运行，OSRunning = 1
(4) 获得最高优先级任务TCB，得到任务栈指针，SP切换到任务栈
(5) 出栈SP中的任务栈，包括任务状态寄存器CPSR，R0-R12，LR，继续执行任务。
#define I_Bit 0x80// IRQ中断禁止位
#define F_Bit 0x40// FIQ中断禁止位
#define Mode_SVC 0x13 // 管理模式
#define Mode_SYS 0x1f // 系统模式
.extern OSTaskSwHook
.extern OSRunning
.extern OSTCBHighRdy
.globl OSStartHighRdy
OSStartHighRdy:
MSR CPSR_c, #(I_Bit+F_Bit+Mode_SVC) // 禁止中断切换到管理模式
LDR R0, =OSTaskSwHook // 调用任务切换钩子函数
MOV LR, PC // 准备函数返回地址
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