基于NIOS II的uC/OS系统的开发
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1、uC/OSII简介
u C / O S 是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。
μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系统编程》杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载，并把μC/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。
μC/OS 和μC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的， 绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将μC/OS-II嵌人到开发的产品中。μC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点， 最小内核可编译至 2KB 。μC/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。
严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。
uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管理，中断管理等。
1.1任务管理
uC/OS-II 中最多可以支持64 个任务，分别对应优先级0～63，其中0 为最高优先级。63为最低级，系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务，所有用户可以使用的任务数有56个。
uC/OS-II提供了任务管理的各种函数调用，包括创建任务，删除任务，改变任务的优先级，任务挂起和恢复等。
系统初始化时会自动产生两个任务：一个是空闲任务，它的优先级最低，该任务仅给一个整形变量做累加运算;另一个是系统任务，它的优先级为次低，该任务负责统计当前cpu的利用率。
1.2 时间管理
uC/OS-II的时间管理是通过定时中断来实现的，该定时中断一般为10毫秒或100毫秒发生一次，时间频率取决于用户对硬件系统的定时器编程来实现。中断发生的时间间隔是固定不变的，该中断也成为一个时钟节拍。
uC/OS-II要求用户在定时中断的服务程序中，调用系统提供的与时钟节拍相关的系统函数，例如中断级的任务切换函数，系统时间函数。
1.3 内存管理
在ANSI C中是使用malloc和free两个函数来动态分配和释放内存。但在嵌入式实时系统中，多次这样的操作会导致内存碎片，且由于内存管理算法的原因，malloc和free的执行时间也是不确定。
uC/OS-II中把连续的大块内存按分区管理。每个分区中包含整数个大小相同的内存块，但不同分区之间的内存快大小可以不同。用户需要动态分配内存时，系统选择一个适当的分区，按块来分配内存。释放内存时将该块放回它以前所属的分区，这样能有效解决碎片问题，同时执行时间也是固定的。
1.4 任务间通信与同步
对一个多任务的操作系统来说，任务间的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4中同步对象，分别是信号量，邮箱，消息队列和事件。所有这些同步对象都有创建，等待，发送，查询的接口用于实现进程间的通信和同步。
1.5 任务调度
uC/OS-II 采用的是可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。
uC/os-II的任务调度是完全基于任务优先级的抢占式调度，也就是最高优先级的任务一旦处于就绪状态，则立即抢占正在运行的低优先级任务的处理器资源。为了简化系统设计，uC/OS-II规定所有任务的优先级不同，因为任务的优先级也同时唯一标志了该任务本身。
uC/OS-II详细用法可参考相关资料。
2、FPGA下的uC/OS-II
下面就介绍怎样在以黑金开发板EP2C208上进行uC/OSII实验。
第一步：添加一个用于系统时钟节拍的定时器timer_ucos，定时时间为100ms(根据任务定)。
第二步：在Nios下设置相关选项。请看下面操作步骤。
打开Quart II工程，以黑金开发板EP2C208的工程为例，进入SOPC Builder界面下如图：
在左侧的“System Contents”下单击Peripherais的左侧“
”;在弹出的菜单下单击Microcotroller Peripherais的左侧“
”;如下图。
找到 “Interval Timer”并双击，弹出如下图并按下图进行相关设置，单击完成。
命名为timer_ucos;如下图。
时钟节拍定时器到此已添加完成，单击Generate按钮生成SOPC系统。
接下来对Quart II工程进行编译并把 “.pof”通过AS接口下接到EPCS中。至此Quart II工程工作完毕.。[!--empirenews.page--]
拉下来对Nios工程进行设置。如果没有关闭SOPC界面，可点击“System Generation”下的Nios ii IDE按钮即可进行Nios工程，前提是安装了Nios ii 软件。
新建一个Nios II工程，单击“File”菜单下“New”下的“Nios II C/C++ Application”如下图。
进入后出现如下图，并按图中参数设置(注ucosII为工程名，ep2c8q为SOPC系统，Micro uC/OS-II tutorial为uCOS-II模板)。
单击Next按钮后按下图设置后单击Finish。
接下来对工程进行基本的设置，右击uCOSII选择弹出菜单中的“System Library Properties”出现如下界面并按照如下参数设置。然后单击OK。
把ucosii_tutorial.c中文件内容用下面代码代替。
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/* * ===================================================================================== * * Filename: ds1302.c * * Description: DS1302驱动 * * Version: 1.0.0 * Created: 2010.4.16 * Revision: none * Compiler: Nios II 9.0 IDE * * Author: 马瑞 (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"//定义椎栈#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];//定义优先级#define INITIALIZE_TASK_PRIORITY 6#define LED_TASK_PRIORITY 10#define DS1302_TASK_PRIORITY 11#define SEG_TASK_PRIORITY 12//格式为: 秒 分 时 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: 任务1 调用ds1302驱动并通过串口显示数据 * ===================================================================================== */ 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: 任务2 调用LED驱动并通过串口显示数据 * ===================================================================================== */ 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: 任务3 调用数码管驱动并通过串口显示数据 * ===================================================================================== */ 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;} |
编译Nios II工程，下载到EPCS中，下载的方法前面章节讲过，这里就不再重复了。下面是PC机上串口调试工具上的数据。在开发板上还可以看到四个LED灯在闪烁和数码管显示654321。
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