μC/OS-II是一種代碼公開、可裁剪的嵌入式實時多任務操作系統。該內核通過實現搶占式任務調度算法和多任務間通信等功能，使之具有執行效率高、實時性能優良等特點。另外，其占用空間非常小（最小可裁剪至2KB）并且具有高度可移植性，因此被廣泛的應用于微處理器和微控制器上。

　　晶心科技 （Andes）作為亞洲首家原創性32位微處理器IP與系統芯片平臺設計公司，推出的AndesCore? N10系列產品N1033A-S， 搭配應用廣泛的嵌入式實時操作系統μC/OS-II以及相關的軟硬件開發資源，有效的幫助客戶降低現有成本、提升系統效能、減少系統功耗，并縮短產品開發上市時程。本文將介紹如何將μC/OS-II移植到AndesCore? N1033A-S處理器上。

　　1. 開發環境及處理器介紹

　　1.1 軟/硬件開發環境

　　本移植過程使用的軟件環境是AndeSight？ v1.4集成開發套件，它是晶心科技最新推出的針對各種AndesCore？的軟件集成開發環境，包括編譯器、調試器、分析器以及強大的ESL工具。硬件平臺采用晶心科技的FPGA評估板ADP-XC5，該評估板采用AndesCore？ N1033A-S作為處理器內核，并具有豐富的片上資源。

　　AndesCore? N1033A-S介紹

　　AndesCore? N10系列產品N1033A-S是一款哈弗結構的32位RISC處理器內核，具有5級流水線（pipeline）及動態分支預測（Dynamic branch prediction）架構。N1033A-S新加入了最新AndeStar? V2 指令集，把CPU效能推至1.66DMIPS/Mhz之上。同時還實現完整的Audio指令集，達到完全整合CPU與DSP功能的目標。N1033A-S還支持向量中斷模式以及2D 直接內存訪問（DMA）功能，更為實時信號處理添增效能。

　　2. μC/OS-II在N1033A-S上的可移植性分析

　　μC/OS-II具有高度可移植性，目前已經移植到近40多種處理器體系上，涵蓋從8位到64位的各種CPU（包括DSP）。

　　μC/OS-II的正常運行需要處理器平臺滿足以下要求： 1）處理器的C編譯器能產生可重入代碼；2）用C語言就可以打開和關閉中斷；3）處理器支持中斷，并且能產生定時中斷；4）處理器支持能夠容納一定量數據的硬件堆棧；5）處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆棧或內存中的指令。

　　AndesCore？ N1033A-S內部提供了32個通用寄存器，其中R31被用來做專門的堆棧指針。32根地址線最多可訪問4GB存儲單元，因此只要系統RAM空間允許，堆棧空間理論不會產生限制。N1033A-S處理器提供的AndeStar？ V2指令集包含了豐富且十分高效的對堆棧進行操作的指令。例如指令SMW（store multiple word）可實現僅使用一條指令將多個寄存器的值存儲到堆棧中并同時更新堆棧指針位置，而且還能很好的處理地址非對齊字的存取。N1033A-S支持中斷并能產生定時器中斷，處理器中的PSW（Processor Status Word）寄存器中包含一個全局中斷禁止位GIE，控制它便可實現打開和關閉中斷。此外，AndeSight？集成開發環境中內置的編譯器可以產生可重入代碼，并且支持內聯匯編，C環境中可以任意進行開關中斷的操作。綜上所述，μC/OS-II完全可以移植到N1033A-S上運行。

　　3. 移植步驟

　　為了方便移植，大部分的μC/OS-II代碼是用C語言寫的，用戶只需要用C語言和匯編語言寫一些與處理器相關的代碼就可以實現移植。這部分工作的內容包括：一個完成基本設置的頭文件os_cpu.h、一個與處理器相關的匯編文件os_cpu_a.S 和一個與操作系統相關的C代碼文件os_cpu_c.c.

　　3.1在os_cpu.h中完成基本的配置和定義

　　3.1.1. 定義與處理器相關的數據類型

　　為保證可移植性，μC/OS-II沒有直接使用C語言中的short、int和long等數據類型的定義，因為不同的處理器有不同的字長。對于N1033A-S這樣的32位處理器，其數據類型定義實現如下：

　　3.1.2. 定義中斷禁止/允許宏

　　做為實時內核，μC/OS-II需要先禁止中斷再訪問代碼臨界區，并且在訪問完畢后重新允許中斷。 μC/OS-II定義了兩個宏來禁止和允許中斷：OS_ENTER_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）。在N1033A-S處理器上的實現代碼如下

　　GIE_SAVE 和GIE_RESTORE的實現如下：

　　中斷禁止時間是判斷系統實時性的重要指標之一。中斷禁止時間能否達到最短，不僅與操作系統的設計有關，還依賴于處理器結構和編譯器產生的代碼質量。從上面的實現代碼看到，由于Andes處理器提供了setgie.d和setgie.e兩條直接控制中斷的開關的指令，整個禁止/允許中斷的過程經過編譯器產生的機器碼只有3/2條，最大限度地減小了中斷禁止時間。

　　3.1.3. 定義棧增長方向

　　μC/OS-II使用結構常量OS_STK_GROWTH來指定堆棧的增長方式，設置為0表示堆棧從下往上增長，設置為1表示從上往下增長。這里我們定義成后者，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數據：

　　3.1.4.定義OS_TASK_SW（）宏

　　OS_TASK_SW（）是一個宏，它在μC/OS-Ⅱ從低優先級任務切換到最高優先級任務時被調用的。任務切換只是簡單的將處理器寄存器保存到將被掛起的任務的堆棧中，并且將更高優先級的任務從堆棧中恢復出來。可采用兩種方式定義這個宏，使用軟中斷將中斷向量指向OSCtxSW（）函數；或者直接調用OSCtxSW（）函數，這里我們采用后者（OSCtxSW（）函數的實現將在后面介紹）：

　　3.2處理器相關部分匯編實現

　　μC/OS-Ⅱ的移植需要用戶編寫三個最基本的匯編語言函數：OSStartHighRdy（），OSCtxSw（），OSIntCtxSw（）。它們會共用一些代碼，為了方便閱讀將它們寫在同一個匯編文件os_cpu_a.S中。

　　3.2.1 OSStartHighRdy（）：運行優先級最高的就緒任務。

　　OSStartHighRdy（）函數是在OSStart（）多任務啟動之后，負責從最高優先級任務的TCB控制塊中獲得該任務的堆棧指針SP，并通過SP恢復CPU現場以啟動最高優先級的任務執行。另外OSStartHighRdy（）還必須在最高優先級任務恢復之前和調用OSTaskSwHook（）之后設置OSRunning為TRUE.其實現代碼如下：