瑞萨SH-Stick上的uC/OS-II移植详解

miracledavid

SH-Stick使用的目标芯片为SH2/Tiny系列的SH7125，内置大容量FLASH和RAM，以及丰富的外设，非常适合工业，家电等领域。
下面我们针对SH-Stick上的目标芯片SH7125来移植一个比较简单的实时操作系统uC/OS-II。通过本次移植，相信读者一定会快速的了解SH2系列处理器的内部结构。

SH2体系介绍：
SH7125内部有16个通用寄存器R0 ~ R15。 其中R0 ~ R14为通用寄存器，用于日常的一些运算处理。R15为硬件栈指针寄存器，也就是我们平时说的SP寄存器，用于处理器发生异常时的栈操作。
另外还有PC,SR,GBR,VBR,MACH,MACL,PR寄存器。PC就是程序寄存器，SR为状态寄存器，GBR为全局基址寄存器，VBR为向量基址寄存器，MACH/MACL为乘法寄存器，PR为子程序返回地址寄存器。
如图1所示。



好了，我们熟悉了SH2的硬件结构，下面该介绍软件了。
笔者选用的RTOS为uC/OS-II 2.52版本，相信大家对这个OS已经很熟悉了，那就不用再介绍了。如果有不清楚的，可以去参考这本书的原著或者翻译本。

移植前的准备工作：
SH-Stick开发板和附送的串口仿真器
HEW平台(安装了SH编译器)

一。新建一个SH7125的HEW工程。
至于怎么建工程，附送的SH-STICK光盘里已经有很详细的例子了，大家参考一下。我这里就不再啰嗦了。

二。确保工程能连上电脑。
串口波特率建议大家选高一点，因为串口仿真会比较慢。相关教材在光盘里，不再赘述。

三。将uC/OS-II的源码加入到工程中。
为了让整个工程更好的理解，笔者分了3个部分来装载源码：boot,app,kernel，分别对应bootloader文件，应用程序，内核程序。

我们将这3个文件放在HEW工程目录下，相关的源码放入其中(读者可以参考帖子附带的工程)。之后就要设置源码路径，以便HEW能找到源文件。
设置路径如下：
Build -- SuperH Toolchain 里面，点击Add，选择Workspace directory，在里面填上源文件在HEW工程中的目录，如图2所示。
我们要添加3个目录进去(读者可以参考帖子附带的工程)。


图2


四。编写uC/OS-II的BSP以及与体系结构有关的源码。

1，BSP工作。

板级支持包BSP就是OS启动之前的一段代码，负责把引导OS内核，保证内核能正常启动。
uC/OS-II将使用SH7125的定时器A0作为时钟节拍。定时器A0初始化是直接参考SH-Stick附带的源码，每10ms产生一个中断，如下：
/*************************************************************
名称：InitTimer
描述：初始化定时器
初始化定时器MTU2的通道0用作定时器模式
参数：无
返回值：无
输入：无
输出：无
**************************************************************/
VOID InitTimer( ){
STB.CR4.BIT._MTU2 = 0; //向MTU2模块提供时钟
MTU20.TIER.BYTE = 0; //不使能中断
MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 0; //停止定时器
MTU20.TMDR.BYTE = 0x00; //设定为定时器模式
MTU20.TCR.BYTE = 0x21; //TGRA作为清除源,上升沿计数,计数源为MP/4
MTU20.TIOR.BYTE.H = 0; //
MTU20.TIOR.BYTE.L = 0;
MTU20.TSR.BYTE = 0xC0; //清除所有的中断标志
MTU20.TIER.BIT.TGIEA = 1; //使能TGRA匹配中断
MTU20.TCNT = 0;
MTU20.TGRA = 60000; //计数频率为24MHz*8(PLL)/8(Divider)/4/60000=100Hz
INTC.IPRD.BIT._MTU20G = 8; //设定中断优先级
// MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 1; //启动定时器MTU2通道0
}

另外，uC/OS-II将使用SH7125的向量号为32的陷阱指令，类似于软中断，来进行任务切换。
因为，我们需要修改定时器A0和向量号为32的陷阱指令对应的中断向量表。具体过程可参考源码。


2.体系结构有关的源码

下面我们来编写uC/OS-II在SH7125上的移植代码。只有2个文件：os_cpu_c.c, os_cpu_c.src, os_cpu.h。
os_cpu_c.c里面主要实现一个函数*OSTaskStkInit，该函数用于创建任务时，对任务栈内容的初始化。
如下：
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
OS_STK *stk;
opt = opt;
stk = (OS_STK *)ptos;
*stk-- = 0x00000000; /* SR */
*stk-- = (OS_STK)task; /* PC */
*stk-- = 0xeeeeeeee; /* R14 */
*stk-- = 0xdddddddd; /* R13 */
*stk-- = 0xcccccccc; /* R12 */
*stk-- = 0xbbbbbbbb; /* R11 */
*stk-- = 0xaaaaaaaa; /* R10 */
*stk-- = 0x99999999; /* R9 */
*stk-- = 0x88888888; /* R8 */
*stk-- = 0x77777777; /* R7 */
*stk-- = 0x66666666; /* R6 */
*stk-- = 0x55555555; /* R5 */
*stk-- = (OS_STK)pdata; /* R4 */
*stk-- = 0x33333333; /* R3 */
*stk-- = 0x22222222; /* R2 */
*stk-- = 0x11111111; /* R1 */
*stk-- = 0x00000000; /* R0 */
*stk-- = 0x11000000; // GBR
*stk-- = 0x22000000; // MACH
*stk-- = 0x33000000; // MACL
*stk = 0x44000000; // PR

return ((OS_STK *)stk);
}

os_cpu_c.src是汇编文件，实现四个函数：
_OSStartHighRdy 任务开始
_OSCtxSw 任务切换
_OSIntCtxSw 中断级的任务切换
_OSTickISR 定时器中断处理
;--------------------------------------------------
;任务开始
;--------------------------------------------------
_OSStartHighRdy:
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R2 ;指向指针的指针(指针的地址)
MOV.L @R2,R2 ;指针值
MOV.L @R2,SPR ;将指针指向的值送入SP
MOV.L #_OSRunning,R0 ;OSRunning = TRUE
MOV.B #1,R1
MOV.B R1,@R0

POP_CS
POP_Rn
RTE ;中断返回,开始任务
NOP


;--------------------------------------------------
;任务切换
;--------------------------------------------------
_OSCtxSw: ;该ISR的入口地址对应指令(TRAPA #32)

PUSH_Rn
PUSH_CS
MOV.L #_OSTCBCur,R3 ;保存当前任务SP
MOV.L @R3,R2
MOV.L SPR,@R2 ;保存当前任务栈指针SP到OSTCBCur首地址
MOV.L #_OSTaskSwHook,R4 ;执行用户自定义程序
JSR @R4
NOP
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R0 ;OSPrioCur = OSPrioHighRdy
MOV.B @R0,R0
MOV.L #_OSPrioCur,R1
MOV.B R0,@R1
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0 ;OSTCBCur = OSTCBHighRdy
MOV.L @R0,R0
MOV.L #_OSTCBCur,R3
MOV.L R0,@R3
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R5 ;载入新任务的SP
MOV.L @R5,R5
MOV.L @R5,SPR
POP_CS ;寄存器出栈
POP_Rn

RTE ;中断返回，开始新任务
NOP

;--------------------------------------------------
;中断级的任务切换
;---------------------------------------------------
_OSIntCtxSw:

ADD #OFFSET,SPR
MOV.L #_OSTCBCur,R7 ;保存当前SP
MOV.L @R7,R7
MOV.L SPR,@R7
MOV.L #_OSTaskSwHook,R0 ;执行用户自定义程序
JSR @R0
NOP
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R0 ;OSTCBCur = OSTCBHighRdy
MOV.L @R0,R0
MOV.L #_OSTCBCur,R3
MOV.L R0,@R3
MOV.L #_OSPrioHighRdy,R2 ;OSPrioCur = OSPrioHighRdy
MOV.B @R2,R2
MOV.L #_OSPrioCur,R3
MOV.B R2,@R3
MOV.L #_OSTCBHighRdy,R6 ;载入新任务SP
MOV.L @R6,R6
MOV.L @R6,SPR
POP_CS ;寄存器出栈
POP_Rn

RTE ;中断返回，新任务开始
NOP


;---------------------------------------------------
;系统时钟中断
;---------------------------------------------------
_OSTickISR:
PUSH_Rn
PUSH_CS
MOV.L #_OSIntEnter,R0 ;进入中断
JSR @R0
NOP

MOV.L #_OSTimeTick,R0 ;时间节拍处理
JSR @R0
NOP

MOV.L #_OSIntExit,R5 ;中断退出处理
JSR @R5
NOP
POP_CS
POP_Rn

RTE ;定时中断返回
NOP

os_cpu.h里面定义一些数据结构类型，开关中断，任务切换指令等。
我们使用set_imask()实现开关中断，使用trapa()实现任务切换。


五。编译，验证。
完成以上几个步骤后，笔者尝试写了一个简单的任务来验证移植是否正确。
该任务的作用是让SH-Stick上的P13对应的LED每隔1秒闪烁一次。
/*
* uC/OS-II启动之后的第一个任务
*
* 该任务的功能是：
* PE13对应的LED每秒闪烁一次
*/
void task1(void *pdata)
{
pdata = pdata;
set_imask(0); // 开总中断
MTU2.TSTR.BIT.CST0 = 1; // 启动定时器


while(1){
PE.DRL.BIT.B13 = 1;
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);
PE.DRL.BIT.B13 = 0;
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);
}
}

我们开始编译工程。第一次因为要编译库文件，时间比较长。排除一些错误和警告后，生成的abs调试文件通过串口下载到SH-Stick上。点击HEW上的“运行”按钮，SH-Stick上的P13对应的LED开始有节奏的闪烁。
本次移植工作宣告成功！
源程序：http://www.renesas-mcu.com/read.php?tid=507