uCOS-II在SkyEye上的移植分析-Huihooorg.doc

uC/OS-II 在SkyEye上的移植分析 李明 lmcs00@ SkyEye 仿真调试器是基于ARM7TDMI 核的，因此移植 uC/OS-II 到 SkyEye 上可以借鉴网上已有的例如 Sansung S3C3410X的移植代码，这在 uC/OS-II的主页上很容易找到。 当然自己动手做移植也是对 ARM 体系结构和汇编语言的进一步熟悉，同时对于 uC/OS-II 内核的调度机制会有更深的认识。 整个移植工作可以分为两个方面，一部分是和 ARM 相关，一部分是和移植原理相关。在开始实际的移植工作前，需要对这两部分有一定的背景知识，尤其是和侧重于和移植工作相关的概念和原理。下面分别做一些介绍： ARM 的体系结构 ARM（Advanced RISC Machines）是目前在嵌入式领域里应用最广泛的RISC微处理器结构，以其低成本、低功耗、高性能的特点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。ARM系列的处理器当前有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等多个产品，此外ARM公司合作伙伴，例如Intel 也提供基于XScale微体系结构的相关处理器产品。所有的ARM处理器都共享ARM通用的基础体系结构，所以开发者在不同的ARM处理器上做操作系统移植时，可以将节省相当多的工作量，这无疑将大大降低软件开发成本。 要详细完整的了解ARM的体系结构，当然是去读 ARM Architectur Reference Manual ，这是一个13M 的pdf 文档，有800多页，可以从ARM的网站下载，也可以到阿卡嵌入式兴趣小组的FTP服务器( 50 )上找到。北航出的一本《ARM 嵌入式处理器结构与应用基础》基本上翻译了这个pdf中大部分重要的内容，可以作为入门的中文教材。这里我们仅仅对其中和移植工作密切相关的概念做简要介绍， 处理器模式： ( cpu mode ) ARM 的处理器可以工作在 7 种模式，如下图所示： 这里除 usr 模式以外的其他模式都叫做特权模式，除 usr 和 sys 外的其他5种模式叫做异常模式。在 usr 模式下对系统资源的访问是受限制的，也无法主动地改变处理器模式。异常模式通常都是和硬件相关的，例如中断或者是试图执行未定义指令等。这里需要强调的是和移植相关的两种处理器模式：svc 态和 irq 态，分别指操作系统的保护模式和通用中断处理模式。这两种模式之间的转换可以通过硬件的方式，也可以通过软件的方式。uC/OS-II内核在执行过程中，大部分时间都是工作在 svc 态，当有硬件中断，例如时钟中断到来时，cpu 硬件上会自动完成从svc态进入 irq态，在中断处理程序的结束处，则需要通过编程的方法使得 cpu 从irq 态恢复到 svc 态，这个在移植代码中可以找到。 程序状态寄存器： ( PSR：Program status register ) 在任何一种处理器模式中，都使用同一个寄存器来标识当前处理器的工作模式：这个寄存器叫做 CPSR ( Current Program Status Register )，它的 [0--4] 位用来表示cpu mode： 每一种处理器异常模式，都有一个对应的SPSR ( Saved Program Status Register )寄存器，用来保存进入异常模式前的CPSR。SPSR的作用就是当从异常模式退出时，可以通过一条简单的汇编指令就能够恢复进入异常模式前的CPSR，而这个值都是保存在当前异常模式的SPSR中的。例如：当从usr态进入中断irq 态时，原先的 CPSR_all 将被保存在当前的 SPSR_irq中，类似的异常模式下的 SPSR 还有 SPSR_fiq、SPSR_svc、SPSR_abt、SPSR_und。非异常模式的 usr和sys模式下没有 SPSR，只有 CPSR。不能显式的指定把 CPSR 保存到某个异常模式下的 SPSR，比如 SPSR_irq，而必须是变更到 irq 态之后cpu自动完成的，不能在其他态下硬性赋值，因为SPSR_irq是其他状态下不可见的。 ARM寄存器：( register ) ARM处理器一共有37个寄存器，其中31个是通用寄存器，包括一个程序计数器 PC。另外6个就是上面提到的程序状态寄存器。 通用寄存器： R0－R7：与所有处理器模式无关的寄存器，可以用作任何用途。 R8－R14：与处理器模式有关的寄存器，在不同的模式下，对应到不同的物理寄存器。其中 R13又叫做 sp，一般用于堆栈指针。R14又叫做lr，一般用于保存返回地址。这两个寄存器在每种异常模式下都对应到不同的物理寄存器上，例如lr_irq、lr_svc、lr_fiq 等。 R15：又叫做程序计数器，即pc，所有的模式下都使用同一