目前，嵌入式技術已被廣泛應用到汽車電子、無線通信、數碼產品等各個領域。嵌入式操作系統及嵌入式處理器技術發展迅猛，嵌入式操作系統典型代表有μCOS—II、μClinux、Winclow CE、VxWorks等；嵌入式處理器包括ARM、MIPS、PowerPC等。隨著軟硬件技術的發展，人們開始意識到基于嵌入式操作系統的程序開發模式的便利性及可靠性，并且在程序開發過程中開始傾向于從傳統超循環開發模式轉向基于嵌入式操作系統的開發模式。

　　1 軟硬件開發環境及處理器介紹

　　1．1 軟件硬開發環境

　　本移植過程使用的軟件環境是RealView MDK開發套件，此產品是ARM公司最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發工具，該開發套件功能強大，包括了μVision3集成開發環境和RealView編譯器。使用的硬件平臺是深圳英蓓特公司推出的全功能評估板STMl03V100，其上所采用的處理器是ST意法半導體公司生產的32位哈佛結構ARM處理器STM32F103VBT6，該處理器內置ARM公司最新的Cortex—M3核，并且具有非常豐富的片上資源。

　　1．2 關于基于Cortex-M3的ARM處理器的介紹

　　基于Cortex—M3核的ARM處理器支持兩種模式，分別稱為線程模式和處理模式。程序可以在系統復位時或中斷返回時兩種情況下進入線程模式，而處理模式只能通過中斷或異常的方式來進入。處于線程模式中代碼可以分別運行在特權方式下和非特權方式下。處于處理模式中的代碼總是運行在特權方式下。運行在特權方式下的代碼對系統資源具有完全訪問權，而運行在非特權方式下的代碼對系統資源的訪問權受到一定限制。處理器可以運行在Thumb狀態或Debug狀態。在指令流正常執行期間，處理器處于Thumb狀態。當進行程序調試時，指令流可以暫停執行，這時處理器處于Debug狀態。處理器有兩個獨立的堆棧指針，分別稱為MSP和PSP。系統復位時總是處于線程模式的特權方式下，并且默認使用的堆棧指針是MSP。本移植過程中假設任務總是運行在線程模式的特權方式下且總是使用堆棧指針PSP。

　　2 移植過程詳解

　　2．1 μCOS-II內核介紹

　　μCOS—II是一個實時可剝奪型操作系統內核，該操作系統支持最多64個任務，但每個任務的優先級必須互不相同，優先級號小的任務比優先級號大的任務具有更高的優先級，并且該操作系統總是調度優先級最高的就緒態任務運行。此內核的代碼是美國人Jean J．Labrosse用C語言編寫的，具有很好的可移植性，其2．52版本通過了美國航天航空管理局的安全認證，可靠性非常高。文中所述的移植過程使用的就是該版本的源代碼。

　　2．2 開始移植

　　μCOS—II v2．52的源代碼按照移植要求分為需要修改部分和不需要修改部分。其中需要修改源代碼的文件包括頭文件OS_CPU．H、C語言文件OS_CPU．C以及匯編格式文件OS_CPU_A．ASM。

　　2．2．1 修改頭文件OS_CPU．H

　　頭文件OS_CPU．H中需要修改的內容有與編譯器相關的數據類型重定義部分和與處理器相關的少量代碼。由于本移植過程中使用的是RealView編譯器，因此通過查閱此編譯器的相關說明文檔可以得到其所支持的基本數據類型，據此修改OS_CPU．H中與編譯器相關的數據類型重定義部分。修改后代碼如下所示：

　　其中定義的數據類型OS_STK指出了處理器堆棧中的數據是32位的，OS_CPU_SR指出了處理器狀態寄存器字長也為32位。

　　頭文件中與處理器相關部分代碼包括臨界區訪問處理、處理器堆棧增長方向及任務切換宏定義。臨界區代碼訪問涉及到全局中斷開關指令，由文獻可以得知關中斷和開中斷可以分別由指令CPSID i和CPSIE i實現，文中臨界段訪問處理如下：

　　其中INT_DIS()和INT_EN()分別對應關中斷和開中斷處理過程。

　　根據文獻可知文中所使用的處理器支持的堆棧為滿遞減方式，即堆棧的增長方向是從內存高地址向低地址方向遞減并且堆棧指針總是指向棧頂的數據。在頭文件OS_CPU．H中相應代碼只須修改一條，如下所示

#define OS_STK_GROWTH1

　　此定義中的1代表堆棧方向是向下遞減的。

　　頭文件OS_CPU．H中最后一個要修改的地方是任務切換宏定義，μCOS—II內核就是通過這個宏調用來觸發任務級的任務切換。任務切換一般是通過陷阱或軟件中斷來實現的，在基于Cortex—M3核的處理器中支持一條稱為超級用戶調用的指令SVC，此指令是ARM軟件中斷指令SWI的升級版。此處的宏定義代碼修改為如下形式

#define OS_TASK_SW()OS_SVC()

　　其中OS_SVC()之中包含了SVC指令，它可以由嵌入匯編的方式在C語言代碼中進行定義，如下所示


_asm void OS_SVC(void){SVCOx00}

　　以上代碼以嵌入匯編的方式定義了一個輸入參數和返回值都為空的C語言函數，嵌入匯編的格式在RealView編譯器的說明文檔中有詳細的說明。

　　2．2．2 修改C語言文件OS_CPU．C

　　根據文獻可知文件OS_CPU．C中有10個C語言函數需要編寫，這些函數中唯一必要的函數是OSTaskStkInit，其他9個函數必須聲明，但不一定要包含任何代碼。為了簡潔起見，本移植過程只編寫了OSTaskStkInit，此函數的作用是把任務堆棧初始化成好像剛發生過中斷一樣。要初始化堆棧首先必須了解微處理器在中斷發生前后的堆棧結構，根據文獻易知微處理器在中斷發生前后的堆棧結構，并且可知寄存器xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、RO是中斷時由硬件自動保存的。初始化時需要注意的地方是xPSR、PC和LR的初值，對于其他寄存器的初值沒有特別的要求。xPSR比特位是Thumb狀態位，初始化時須置1，否則執行代碼時會引起一個稱為Invstate的異常，這是因為內置Cortex—M3核的微處理器只支持Thumb和Thumb2指令集。堆棧中PC和LR須初始化為任務的入口地址值，這樣才能在任務切換時跳轉到正確的地方開始執行。此函數可以用以下代碼來實現