MCU底层软件架构设计 mcu芯片的系统架构框图

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数据挖掘者 2024-05-18 15:34:49

文章标签 MCU底层软件架构设计 rtos 应用程序编译器数据类型 文章分类 架构后端开发

准确理解µC/OS-III的源码，对顺利移植OS、建立应用程序非常有帮助。下面将介绍µC/OS-III源码的架构：

MCU底层软件架构设计 mcu芯片的系统架构框图_MCU底层软件架构设计

ucosiii源码架构示意框图

从图中可以看出，与ucOS密切相关的硬件是CPU、定时器和中断控制器，当然，MCU还有其他的外设，在BSP中要用到，只是这里没有列出。

除去硬件，整个µC/OS-III源码架构包含9个模块，下面分别予以介绍：

⑴应用层模块

应用程序代码由项目文件组成。为了方便，这里简单统称为app.c和app.h，事实上应用层可以包含任意数量的文件，而不仅仅只有app.*。主应用程序代码含有main()函数。

⑵与内核无关的CPU文件

半导体厂商通常以源代码形式提供库函数，以访问其CPU或MCU上的外设。这些库非常有用，可以提高效率，节省宝贵时间。由于这些文件没有统一的命名规范，因此这里设为为* .c和* .h。

⑶BSP模块

µC / OS-III所需的板级支持软件包（BSP）代码通常比较简单。µC / OS-III一般仅要求初始化用于延时和超时的周期性中断源（OS用定时器），将此功能放置在bsp_os.c源文件中，其对应头文件bsp_os.h。

bsp_os.c：初始化延时和超时的周期性中断源。

⑷与CPU无关的OS内核模块

这部分代码可以不做任何修改移植到所支持的CPU上，内容包括：

os_cfg_app.c：系统任务的配置
os_type.h：内核对象的数据类型定义
os_core.c：ucos3相对比较底层的函数，供其它内核对象函数调用；包含ucos的核心功能，例如初始化uc-osiii的OSInit()，用于任务级调度器的OSSched()，用于中断级调度器的OSIntExit()，挂起列表管理（pend list），就绪列表管理（ready list），等等。
os_dbg.c：内核识别的调试器或probe使用的常数标量声明。
os_flag.c：事件标志管理的代码。
os_mem.c：µC / OS-III固定大小内存管理器的代码，内存分区代码。
os_msg.c：用于处理消息的代码。 µC / OS-III提供消息队列和针对任务的消息队列。 os_msg.c为这两个服务提供通用代码。
os_mutex.c：管理互斥信号量的代码。
os_prio.c：包含用于管理位图表（bitmap table）的代码，该位图表用于跟踪哪些任务已准备好运行，请参阅“就绪列表”。如果使用的CPU提供位清除、置1和测试指令以及计数前导零指令，则可以用汇编源文件等效替代该文件，以提高性能。
os_q.c：包含用于管理消息队列的代码。
os_sem.c：用于资源管理和同步的信号量代码。
os_stat.c：包含统计任务的代码，用来计算全局CPU使用率以及每个任务的CPU使用率。
os_task.c：包含任务管理的代码，使用OSTaskCreate()，OSTaskDel()，OSTaskChangePrio()等函数实现。
os_tick.c：用于管理自身主动延迟或在内核对象上被超时挂起的任务。
os_time.c：时间管理代码，允许任务将自身延迟到某个截止时间。
os_tmr.c：管理软件定时器的代码。
os_var.c：包含µC / OS-III全局变量。这些变量由内核管理，应用程序不能访问。
os.h：µC / OS-III主头文件，该文件声明常量、宏、µC / OS-III全局变量（仅由µC / OS-III使用）、函数原型等。

⑸与CPU相关的OS内核模块

这是适用于特定CPU架构的µC / OS-III代码，称为端口（Ports）。

os_cpu.h：CPU相关配置、下面两个文件中函数的声明；
os_cpu_a.asm：CPU相关的汇编函数声明及定义，比如关中断、前导零指令的调用，OSCtxSw(), OSIntCtxSw() 和OSStartHighRdy()；
os_cpu_c.c：CPU相关的C语言函数定义及声明，C语言计算前导零个数等。

⑹与特定CPU相关的模块uC/CPU

Micrium封装了CPU的功能，这些文件定义了用于禁用和使能中断的函数，以及独立于所用CPU和编译器的CPU_???命名的数据类型，另外还有一些其他功能。

cpu_core.c：包含所有CPU架构通用的C代码。具体来说，该文件包含了函数用于测量宏CPU_CRITICAL_ENTER()和CPU_CRITICAL_EXIT()之间的中断禁用时间，一个在CPU不提供指令的情况下模拟计数前导零指令的函数以及一些其他函数。
cpu_core.h：包含cpu_core.c的函数原型，以及分配用来测量中断禁用时间的变量。
cpu_def.h：包含µC / CPU模块使用的各种各样#define常量。
cpu.h：包含用于使OS内核和其他模块独立于CPU和编译器字长的类型定义。头文件中将找到CPU_INT16U，CPU_INT32U，CPU_FP32和许多其他数据类型的声明。该文件还规定CPU是大端还是小端模式，定义OS模块使用的CPU_STK数据类型，定义宏CPU_CRITICAL_ENTER（）和CPU_CRITICAL_EXIT（），并包含特定于CPU架构的函数原型，以及其他。
cpu_a.asm：包含汇编函数，以实现禁用和启用CPU中断，计数前导零（如果CPU支持该指令）和仅能用汇编语言编写的其他特定于CPU的函数代码。该文件可能还包含用于启用缓存，设置MPU和MMU等的代码。该文件中提供的函数可用C语言调用访问。
cpu_c.c：包含基于特定CPU架构的C语言函数，出于可移植性而用C编写。一般如果可以使用C编写函数，则应该使用，除非使用汇编语言编写可以显着提高性能。

⑺uC库文件

µC/LIB包含一系列源文件，它们提供一些常用功能，例如内存复制，字符串和与ASCII相关的函数，可以使用库中的函数替换编译器提供的stdlib标准库函数。提供这些库文件是为了确保它们可以在应用程序之间（尤其是在编译器之间）完全可移植。µC / OS-II内核不使用这些文件，但µC / CPU使用。

⑻编译器相关模块

这是一个可选模块，大部分情况下应该用不到。一些编译器提供了线程本地存储（TLS）的扩展，这些扩展提供了一个可变区域，线程可以在其中存储状态以使多线程环境更安全。这些功能的调整在uCOS-III \ TLS \ <tool>文件夹下的os_tls.c文件中执行，其中<tool>是工具制造商的名称或工具名称。

⑼配置头文件

配置文件在OS源码中分散在各个模块的Cfg文件夹中。配置文件的内容：