實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ在DSP上的移植

2.2 移植OS_CPU_C.H文件

μC/OS-Ⅱ的移植范例要求編寫10個簡單的C函數(shù)，但是真正必要的函數(shù)是OSTaskStkInit()，其他9個函數(shù)必須申明，但并不一定要包含任何代碼。OSTaskStkInit()主要是對任務(wù)堆棧的初始化。TMS320LF2407A的堆棧與一般微處理器的堆棧不同，一般微處理器的堆棧由編程定義一塊內(nèi)存作為堆棧比較靈活，而TMS320LF2407A的堆棧，是在CPU內(nèi)有8級深度的硬件堆棧，因此任務(wù)堆棧的初始化與一般微處理器的堆棧初始化不同。芯片本身的堆棧（以下簡稱US）只有8級，無法作為系統(tǒng)的堆棧使用，所以CCS編譯器將CPU內(nèi)部的兩個寄存器AR0和AR1保留，AR1作為堆棧指針，AR0用作堆棧中臨時變量指針FP。編譯器將函數(shù)或中斷壓進(jìn)US的返回地址，彈出放在SP（AR1）指向的堆棧中，并保存CPU 的工作環(huán)境，不同的是函數(shù)只保存程序要用到的寄存器，中斷要調(diào)用I$$SAVE子程序，保存CPU所有的寄存器，返回時調(diào)用I$$REST子程序，恢復(fù) I$$SAVE和I$$REST兩個函數(shù)是μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)移植到TMS320LF2407A上的基礎(chǔ)，一定要很清楚后才能夠成功移植 OSTaskStkInit()函數(shù)。

2.3 移植OS_CPU_C.H文件

需要在該文件中編寫4個匯編語言函數(shù)：（1）OSStartHighRdy()：這是系統(tǒng)完成初始化后啟動多任務(wù)運(yùn)行時要調(diào)用的函數(shù)，主要功能是：將OSRunning標(biāo)志置為TRUE，然后獲取已建立的優(yōu)先級最高任務(wù)的堆棧指針，并從其堆棧中恢復(fù)處理器寄存器，最后執(zhí)行返回指令返回上述任務(wù)中運(yùn)行該任務(wù)。（2）OSCtxSw()：在本移植中，任務(wù)級任務(wù)切換用軟中斷intr31實(shí)現(xiàn)，OSCtxSw()即為該中斷的中斷服務(wù)程序。它先要將當(dāng)前處理器寄存器壓入當(dāng)前任務(wù)的堆棧中，將當(dāng)前堆棧指針保存到當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)控制塊中；然后用與OSStartHighRdy()相類似的方法運(yùn)行當(dāng)前處于就緒態(tài)中優(yōu)先級最高的任務(wù)。（3）OSIntCtxSw()：該函數(shù)被OSIntExit()函數(shù)調(diào)用，用于在ISR中進(jìn)行任務(wù)切換。它與OSCtxSw() 的區(qū)別在于無需對當(dāng)前任務(wù)的工作現(xiàn)場進(jìn)行保存，因?yàn)檫@一工作在進(jìn)入ISR之時已經(jīng)做了。（4）OSTickISR()：用定時器產(chǎn)生一個周期為恒定值的時鐘源提供給μC/OS-Ⅱ，這是μC/OS-Ⅱ時間延遲和超時功能的時間基準(zhǔn)。OSTickISR()是該定時器周期中斷的中斷服務(wù)程序。它主要有兩個功能：一個是調(diào)用OSTimeTick()函數(shù)，計(jì)算自系統(tǒng)上電以來所經(jīng)歷的時鐘節(jié)拍數(shù)，并將每個處于延時等待狀態(tài)任務(wù)的OSTCBDIy項(xiàng)減1；另一個是調(diào)用OSIntExit()函數(shù)查看是否有更高優(yōu)先級的任務(wù)因時鐘節(jié)拍到來而延遲時間到并進(jìn)入就緒態(tài)，如果有，則進(jìn)行中斷級的任務(wù)切換。另外，在該函數(shù)的入口處要將OSIntNesting加1；在出口處將OSIntNesting減1。其中堆棧的構(gòu)造，采用了系統(tǒng)庫函數(shù)I$$SAVE和I$$RSET函數(shù)來保護(hù)/恢復(fù)現(xiàn)場、保護(hù)/恢復(fù)任務(wù)棧。時鐘節(jié)拍TICK中斷由實(shí)時時鐘完成，但是2407A中沒有此定時器，移植是采用T1的周期中斷來實(shí)現(xiàn)的，時鐘頻率為10M，4倍頻后CPU時鐘為40M。系統(tǒng)初始化代碼如下。

ldp #00e0h ;指向第224頁(0x7000～0x707F)

splk #00e8h,WDCR ;不使能看門狗

splk #080feh,SCSR1 ;時鐘4倍頻

ldp #DP_EVA ;指向第232頁(0x7400～0x747F)

splk #080h,EVAIMRA ;通用定時器1 周期中斷使能

splk #0ffffh,EVAIFRA ;清中斷標(biāo)志 ;

splk #0,GPTCONA ;無控制操作

splk #4E20h,T1PER ; 定時器計(jì)數(shù)使能 ,周期為20000

splk #0,T1CNT ; 計(jì)數(shù)初值清0

splk #080Ch,T1CON ;TMODE=01 連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式，計(jì)數(shù)時鐘不分頻

必須在最高優(yōu)先級任務(wù)中開啟定時器，系統(tǒng)在優(yōu)先級為0的任務(wù)里開啟T1。為提高系統(tǒng)的實(shí)時性，設(shè)置T1每500us(20000/40M)產(chǎn)生一次T1周期中斷，即TICK為500us，μC/OS-Ⅱ每500us做一次任務(wù)調(diào)度。

3. 移植代碼測試

CCS是一個強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，帶有源碼級的調(diào)試工具，按照J(rèn)ean J.Labrosse推薦的移植代碼測試方法和步驟很快完成了函數(shù)OSTaskStkInit()、函數(shù)OSStartHighRdy()、函數(shù) OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()函數(shù)的驗(yàn)證工作。證實(shí)了移植代碼是能正常工作的。為進(jìn)一步測試其可靠性，又另外創(chuàng)建了15個任務(wù)，并用上了μC/OS-Ⅱ的信號量和郵箱同步機(jī)制，在每個任務(wù)里加上不同的發(fā)光二極管，經(jīng)測試其實(shí)時性和穩(wěn)定性都很好優(yōu)異。

4. 任務(wù)調(diào)度過程中優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)問題及解決

優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)是即當(dāng)一個高優(yōu)先級任務(wù)通過信號量機(jī)制訪問共享資源時，該信號量已被一低優(yōu)先級任務(wù)占有，而這個低優(yōu)先級任務(wù)在訪問共享資源時可能又被其它一些中等優(yōu)先級的任務(wù)搶先，因此造成高優(yōu)先級任務(wù)被許多具有較低優(yōu)先級的任務(wù)阻塞，實(shí)時性難以得到保證。解決優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)問題有優(yōu)先級天花板和優(yōu)先級繼承兩種辦法。優(yōu)先級天花板是當(dāng)任務(wù)申請某資源時，把該任務(wù)的優(yōu)先級提升到可訪問這個資源的所有任務(wù)中的最高優(yōu)先級，這個優(yōu)先級稱為該資源的優(yōu)先級天花板。這種方法簡單易行，不必進(jìn)行復(fù)雜的判斷，不管任務(wù)是否阻塞了高優(yōu)先級任務(wù)的運(yùn)行，只要任務(wù)訪問共享資源都會提升任務(wù)的優(yōu)先級。在μC/OS-Ⅱ中，可以通過 OSTaskChangePrio()改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級，但是改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級是很花時間的。如果不發(fā)生優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)而提升了任務(wù)的優(yōu)先級，釋放資源后又改回原優(yōu)先級，則無形中浪費(fèi)了許多CPU時間，也影響了系統(tǒng)的實(shí)時性。優(yōu)先級繼承是當(dāng)任務(wù)A申請共享資源S時，如果S正在被任務(wù)C使用，通過比較任務(wù)C與自身的優(yōu)先級，如發(fā)現(xiàn)任務(wù)C的優(yōu)先級小于自身的優(yōu)先級，則將任務(wù)C的優(yōu)先級提升到自身的優(yōu)先級，任務(wù)C釋放資源S后，再恢復(fù)任務(wù)C的原優(yōu)先級。這種方法只在占有資源的低優(yōu)先級任務(wù)阻塞了高優(yōu)先級任務(wù)時才動態(tài)的改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級，如果過程較復(fù)雜，則需要進(jìn)行判斷。μC/OS-Ⅱ不支持優(yōu)先級繼承，而且其以任務(wù)的優(yōu)先級作為任務(wù)標(biāo)識，每個優(yōu)先級只能有一個任務(wù)，因此，不適宜在應(yīng)用程序中使用優(yōu)先級繼承。

在μC/OS-Ⅱ中，為解決優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)影響任務(wù)實(shí)時性的問題，可以借鑒優(yōu)先級繼承的方法對優(yōu)先級天花板方法進(jìn)行改進(jìn)。對μC/OS-Ⅱ的使用，共享資源任務(wù)的優(yōu)先級不是全部提升，而是先判斷再決定是否提升。即當(dāng)有任務(wù)A申請共享資源S時，首先判斷是否有別的的任務(wù)正在占用資源S，若無，則任務(wù)A繼續(xù)執(zhí)行，若有，假設(shè)為任務(wù)B正在使用該資源，

則判斷任務(wù)B的優(yōu)先級是否低于任務(wù)A，若高于任務(wù)A，則任務(wù)A掛起，等待任務(wù)B釋放該資源，如果任務(wù)B的優(yōu)先級低于任務(wù)A，則提升任務(wù)B的優(yōu)先級到該資源的優(yōu)先級天花板，當(dāng)任務(wù)B釋放資源后，再恢復(fù)到原優(yōu)先級。在μC/OS-Ⅱ中，每個共享資源都可看作一個事件，每個事件都有相應(yīng)的事件控制塊 ECB。在ECB中包含一個等待本事件的等待任務(wù)列表，該列表包括OSEventTbl[]和OSEventGrp兩個域，通過對等待任務(wù)列表的判斷可以很容易地確定是否有多個任務(wù)在等待該資源，同時也可判斷任務(wù)的優(yōu)先級與當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級的高低，從而決定是否需要用 OSTaskChangePio()來改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級。這樣，僅在優(yōu)先級有可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)的情況下才改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級，而且利用事件的等待任務(wù)列表進(jìn)行判斷，比用OSTaskChangePio()來改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級速度快，并占用較少的CPU時間，有利于系統(tǒng)實(shí)時性的提高。

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