uC/OS Ⅱ在ARM上的移植与系统扩展

论文题目: uC/OS Ⅱ在ARM上的移植与系统扩展

论文类型: 硕士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 张萍

导师: 吴光敏

关键词: 移植

文献来源: 昆明理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 嵌入式实时操作系统uC/OS Ⅱ作为一个公开源代码的抢占式多任务的RTOS内核,其性能和安全性可以与商业产品竞争。自1992年的第一版(uC/OS)以来已经有好几百个应用,是一个经实践证明好用且稳定可靠的内核。嵌入式系统的核心是嵌入式处理器,要求处理速度块,存储容量大,I/O口功能强,功率损耗低,及时响应快等。其中ARM构架的处理器已在高性能,低功耗,低成本的嵌入式领域里占领先地位。因而,基于ARM微处理器的uC/OS Ⅱ的应用前景将十分广阔。uC/OS Ⅱ作为一个操作系统,虽然有公开源代码,代码结构清晰明了,组织有条理,可移植性好,可裁剪,可固化,但是,它毕竟非常复杂,因而有必要彻底掌握其在ARM上的移植要点。本文通过对uC/OS Ⅱ实时操作系统在S3C44BOX,EasyARM 2104,以及StrongARM SA—1100三种不同的ARM处理器上移植,并基于移植过程的对比,分析和总结了嵌入式操作系统uC/OS Ⅱ应用于ARM微处理器中的若干重要问题。虽然uC/OS Ⅱ堪称最著名的实时操作系统,但它毕竟只是一个实时的任务调度及通信内核,缺少对外围设备和接口的支持,如没有文件系统、网络协议、图形界面。随着嵌入式系统与网络的日益结合,在嵌入式实时操作系统中uC/OS Ⅱ引入TCP/IP协议栈,以支持嵌入式设备接入网络,成为嵌入式领域重要的研究方向。目前嵌入式设备上TCP/IP方案有很多种,但面向低端应用的开源嵌入式网络平台还很少见。因此有必要选择一种合适的嵌入式TCP/IP协议栈,并且无缝连接到uC/OS Ⅱ中,为其加上网络支持。本文在uC/OS Ⅱ已经移植到S3C44BOX的基础上,选择嵌入式轻型TCP/IP协议栈LwIP作为TCP/IP方案,移植到uC/OSⅡ上。使用的硬件系统为深圳优龙科技的FS44BOX V1.01。同时,以Micrium公司的uC/GUI为例,在uC/OS Ⅱ已经移植到S3C44BOX的基础上,为uC/OS Ⅱ加入用户图形界面接口,扩展了uC/OS Ⅱ的应用领域。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 嵌入式系统概述

1.1.1 嵌入式系统构架

1.1.2 嵌入式处理器

1.1.3 ARM微处理器

1.2 实时操作系统uC／OS Ⅱ简介

1.2.1 uC／OS Ⅱ内核

1.2.2 uC／OS Ⅱ的系统移植

1.2.3 uC／OS Ⅱ系统服务

1.3 在不同ARM芯片上的移植与扩展uC／OS Ⅱ的意义

第2章 uC／OS Ⅱ在ARM芯片上的移植

2.1 从程序员角度看ARM编程

2.1.1 体系结构直接支持的数据类型

2.1.2 处理器状态

2.1.3 处理器模式

2.1.4 内部寄存器

2.1.5 ARM状态下寄存器集

2.1.6 程序状态寄存器

2.1.7 异常处理

2.2 S3C44BOX的简介

2.2.1 S3C44BOX的特性

2.2.2 S3C44BOX的内部结构图

2.2.3 S3C44BOX构成的系统硬件

2.3 移植代码的调试和下载环境

2.3.1 ADS编译器的选择

2.3.2 ADS简介

2.3.3 使用ADS1.2下载移植代码

2.4 移植uC／OS Ⅱ

2.4.1 移植规划

2.4.2 编写S3C44BOX的启动代码

2.4.2.1 写启动代码的必要性

2.4.2.2 异常向量表

2.4.2.3 系统初始化代码

2.4.2.4 初始化堆栈

2.4.2.5 初始化库函数的堆

2.4.3 移植uC／OS Ⅱ

2.4.3.1 不依赖于编译器的数据结构

2.4.3.2 OS_STK_GROWTH

2.4.3.3 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()的编写

2.4.3.4 OS_TASK_SW函数的编写

2.4.3.5 OSStartHighRdy函数的编写

2.4.3.6 OSCtxSw函数的编写

2.4.3.7 中断程序以及系统时钟节拍中断服务子程序的编写

2.4.3.8 堆栈的初始化函数的编写

2.4.3.9 …Hook()函数

2.4.4 移植uC／OS Ⅱ的测试

2.4.4.1 测试步骤(1)

2.4.4.2 测试步骤(2)

2.4.4.3 测试步骤(3)

2.4.4.4 测试步骤(4)

2.5 uC／OS Ⅱ在EasyARM2104上的移植

2.5.1 EasyARM2104的特性与硬件系统

2.5.2 EasyARM2104的中断处理

2.5.3 uC／OS Ⅱ在EasyARM2104上的中断处理

2.6 uC／OS Ⅱ在StrongARM SA-1100上的移植

2.6.1 StrongARM SA-1100特性与硬件系统

2.6.2 StrongARM SA-1100的中断源

2.6.3 uC／OS Ⅱ在StrongARM SA-1100上的中断处理

2.7 uC／OS Ⅱ的移植分析

2.7.1 移植分析

2.7.2 测试和应用任务编写分析

2.7.3 移植和应用小结

第3章嵌入式TCP／IP协议栈LwIP在uC／OSⅡ上的嵌入

3.1 TCP／IP协议简介

3.1.1 开发互连基础

3.1.2 OSI模型

3.1.3 TCP／IP参考模型

3.1.4 TCP／IP的体系结构

3.1.5 IP协议族

3.2 嵌入式LwIP协议栈简介

3.3 LwIP协议栈的实现

3.3.1 IP协议栈的实现

3.3.2 UDP协议栈的实现

3.3.3 TCP协议栈的实现

3.3.4 LwIP的进程模型(process model)

3.4 LwIP的API函数

3.4.1 API函数数据类型

3.4.2 netbuf及其函数

3.4.3 netconn网络连接函数

3.5 LwIP协议栈的文件组织

3.6 LwIP在uC／OSⅡ上的移植

3.6.1 移植硬件简介

3.6.2 移植到uC／OSⅡ上的关键代码

3.6.3 与CPU或编译器相关的include文件

3.6.3.1 数据结构以及数据长度

3.6.3.2 字对齐

3.6.4 与操作系统相关的OS文件

3.6.4.1 系统初始化函数sys_init()

3.6.4.2 sys_sem_t信号量

3.6.4.3 sys_mbox_t消息邮箱

3.6.4.3 sys_timeouts函数的实现

3.6.4.4 sys_thread_new()函数的建立

3.6.5 LwIP库函数：外部转换函数

3.6.6 网卡驱动

3.6.6.1 以太网网卡的工作原理

3.6.6.2 内部结构

3.6.6.3 数据帧的组成

3.6.6.4 DMA操作

3.6.6.5 地址

3.6.6.6 网卡初始化

3.6.6.7 发送和接收数据帧

3.6.6.8 读写RAM

3.7 TCP和UDP应用实例的建立与测试

3.7.1 TCP实例

3.7.2 UDP实例

第4章嵌入式用户图形接口uC／GUI在uC／OSⅡ上的嵌入

4.1 uC／GUI简介

4.2 uC／GUI文件组织

4.3 uC／GUI的窗口管理

4.3.1 简介

4.3.2 回调机制

4.3.3 回调函数的使用

4.3.4 消息传递机制

4.4 uC／GUI在uC／OSⅡ上的移植

4.4.1 移植uC／GUI的硬件系统

4.4.2 液晶的正确初始化

4.4.3 uC／GUI的移植

4.4.3.1 在LCD.H中定义数据类型

4.3.3.3 在LCD13XX.C中定义液晶总线宽度

4.3.3.4 与操作系统时间相关的函数

4.3.3.5 与操作系统内核接口相关的函数

4.5 uC／GUI应用实例的建立与测试

4.6 uC／GUI的应用实例

第5章结论

5.1 论文的前期工作

5.2 论文的工作

5.3 论文的结论

5.4 论文中遇到的问题

5.5 论文需要改进的地方

致谢

参考文献

附录A 研究生期间发表的论文要

发布时间: 2005-10-17

参考文献

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