實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS—Ⅲ在STM32F429IGT6上的移植技術(shù)和實(shí)現(xiàn)

穆向陽 楊曉東

摘要：該文介紹了第三代嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅲ相比之前版本，在性能上提升的地方，以及通過對(duì)搭載STM32F429IGT6微處理器的ARM Cortex-M4內(nèi)核平臺(tái)的技術(shù)分析，詳細(xì)闡述了μC/OS-Ⅲ嵌入式系統(tǒng)在此平臺(tái)上移植過程中的關(guān)鍵技術(shù)理論，最后通過設(shè)計(jì)多任務(wù)處理應(yīng)用來驗(yàn)證系統(tǒng)移植的可靠性。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；μC/OS-Ⅲ；Cortex-M4；STM32F429IGT6

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）06-0204-02

1引言

STM32系列基于研發(fā)高性能、低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用設(shè)備而著稱，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，承載于嵌入式平臺(tái)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也越來越被人們所關(guān)注，μC/OS-Ⅲ作為新一代具有高度可移植性的嵌入式操作系統(tǒng)，無論是在性能表現(xiàn)上還是在實(shí)際移植運(yùn)用中都體現(xiàn)出了前所未有的工程價(jià)值，其在工程項(xiàng)目領(lǐng)域的迅猛發(fā)展也足夠證明開放源碼軟件的巨大生命力。

2μC/OS Ⅲ基于性能上的提升

μC/OS作為可裁剪、搶占式、可固化、實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，在搭載微控制器的ROM平臺(tái)上具有高度的可移植性，2009年誕生的第三代μC/OS系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)比之前版本在性能上有很大的提升。首先，最大任務(wù)數(shù)和每個(gè)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)數(shù)比起上一代沒有了限制，取消了消息郵箱，增加了時(shí)間片輪轉(zhuǎn)功能，不再通過信號(hào)量標(biāo)記一個(gè)任務(wù)，不通過消息列發(fā)消息給任務(wù)，其次，加入了運(yùn)行中實(shí)時(shí)配置功能，以及大量的嵌入式測量功能。這就使得μC/OS-Ⅲ裁剪性移植在STM32F429IGT6平臺(tái)任務(wù)處理工作中發(fā)揮巨大作用。

3 STM32F429IGT6技術(shù)指標(biāo)分析

低電量的STM32F429IGT6微處理器是基于高性能ARMCortex-M4的32位RISC內(nèi)核，可以在高達(dá)180兆赫的頻率工作。ARM Cortex-M4內(nèi)核具有浮點(diǎn)單元（FPU）單精度，支持當(dāng)下所有ARM平臺(tái)的單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。它能夠?qū)崿F(xiàn)一整套DSP指令和一個(gè)增強(qiáng)應(yīng)用程序安全性的內(nèi)存保護(hù)單元（MPU）。集成了高速嵌入式存儲(chǔ)器（高達(dá)2 MB的閃存，高達(dá)256 KB的SRAM），高達(dá)4 KB的備份SRAM以及連接到兩個(gè)APB的各種增強(qiáng)型I/O和外設(shè)總線，兩條AHB總線和一個(gè)32位多AHB總線矩陣。所有器件均提供12位ADC三個(gè)，DAC兩個(gè)，16位通用定時(shí)器十二個(gè)，低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC一個(gè)，包括支持電機(jī)控制的PWM定時(shí)器兩個(gè)，32位通用定時(shí)器兩個(gè)，并涵蓋了多樣化的當(dāng)下流行的標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

4μC/OS Ⅲ系統(tǒng)移植過程中的關(guān)鍵技術(shù)理論和實(shí)踐

4.1 μC/OS-Ⅲ系統(tǒng)內(nèi)核移植過程概述

（1）txcos官網(wǎng)下載最新版本內(nèi)核，ST官網(wǎng)下載STM32F429IGT6標(biāo)準(zhǔn)庫文件

（2）用MDK新建本次移植平臺(tái)STM32F429IGT6的工程目

（3）拷貝μC/OS-Ⅲ相關(guān)文件夾到新建的工程目錄下

（4）對(duì)平臺(tái)相關(guān)文件進(jìn)行修改

（5）根據(jù)所工程需要，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)

（6）編寫B(tài)SP目錄下對(duì)應(yīng)的工程驅(qū)動(dòng)文件

（7）編譯、下載，測試系統(tǒng)可靠性

4.2修改STM32啟動(dòng)文件代碼

在μC/OS-Ⅲ系統(tǒng)移植中，除去將系統(tǒng)中的相關(guān)文件直接復(fù)制移植到工程文件中，最重要的就是修改STM32的啟動(dòng)文件代碼，從而把μC/OS-Ⅲ系統(tǒng)的神經(jīng)跟已經(jīng)復(fù)制移植好的STM32工程文件聯(lián)系起來，可掛起系統(tǒng)中斷PendSVHandler和滴答定時(shí)器中斷SysTickHandler則承擔(dān)了這部分工作。Sys-TickHandler為操作系統(tǒng)提供時(shí)鐘節(jié)拍，PendSVHandler則是使μC/OS-Ⅲ能夠成功的進(jìn)人到STM32系統(tǒng)中。在整個(gè)項(xiàng)目文檔的移植過程中，將可掛起系統(tǒng)中斷PendSVHmldler替換移植為OS_CPU_PendSVHandler，將系統(tǒng)滴答時(shí)鐘SysTickHandler替換為OS_CPU_SysTickHandler。

4.3修改os_cpu_a.asm文件

由于不同的編譯器，要將μC/OS-Ⅲ移植到stm32上，C語言中用來定義全局變量的關(guān)鍵字PUBLIC要全部更改為匯編語言中的EXPORT，并將代碼段

RSEG CODE：CODE：NOROOT（2）

THUMB

替換移植為

PRESERVE8

THUMB

AREA CODE，CODE，READONLY

這部分修改是為了兼容STM32里面的一些指令集

4.4修改cpu_a.asm文件

修改處理器相關(guān)的匯編函數(shù)，主要是任務(wù)切換函數(shù)，同上，將C語言中用來定義全局變量的關(guān)鍵字PUBLIC要全部更改為匯編語言中的EXPORT，并將代碼段

通過OSTaskSemPend使任務(wù)掛在一個(gè)信號(hào)量上，通過OSTasks-emPost使任務(wù)發(fā)出一個(gè)信號(hào)量，由此實(shí)現(xiàn)信號(hào)量開關(guān)對(duì)兩個(gè)任務(wù)進(jìn)行交互。

6結(jié)語

本文選用了ST公司的低功耗STM32F429IGT6嵌入式開發(fā)平臺(tái)，從技術(shù)理論到項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合Cortex-M4內(nèi)核的系統(tǒng)架構(gòu)模式，通過對(duì)整體μC/OS-Ⅲ系統(tǒng)的裁剪以及源碼的按需性修改，完成了μC/OS-Ⅲ操作系統(tǒng)在STM32F429IGT6嵌入式開發(fā)平臺(tái)的移植工作，無論是對(duì)提高產(chǎn)品工作效率、降低多模塊工藝成本，還是縮短相關(guān)任務(wù)系統(tǒng)開發(fā)，都有一定意義上的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。