UCOS-II操作系统在ZEVIO1020上移植过程的主要步骤详解

1、引言

近年来，随着嵌入式技术的不断发展，各种电子产品层出不穷，对于那些具有众多功能，但按键数目无法满足要求的设备来说，选择一个好的操作系统和设计一套合理的消息处理机制，已经成为研发人员研究的一个课题。本文以此为背景，研究了UCOS-II操作系统在数码相框中的应用，详细描述了UCOS-II操作系统在ZEVIO1020双核处理器上的移植，并且根据数码相框多任务的特点，设计了一套完整的消息处理机制。实践证明，采取本文所设计的系统可以灵活的完成任务间的调度和切换。
 

2、系统概述

数码相框的主要特色是图片显示清晰，图片显示效果多种多样，同时还具有视频播放、音频播放、JPEG图片解码等附加功能。在本系统实现过程中主要分为六个模块:总控模块、GUI界面模块、图片显示模块、视频模块、音频模块、JPEG解码模块。总控模块实现对其它模块的管理与控制。图片显示模块通过ZEVIO1020双核处理器的3D图像内核处理，实现多种三维的动态显示效果，通过对定时器设置的改变，实现图片播放速率的调整。视频模块和JPEG解码模块因为对速度的要求较高，使用高速数据传输通道DMA来实现ARM和DSP之间的双核解码。音频模块可以解码MP3，WMA等多种音频格式。UCOS-II操作系统的任务就是在不同状态下，根据不同的键盘输入消息实现各个模块间的灵活调度。
 

3、基于ZEVIO1020的系统硬件平台

ZEVIO1020多媒体应用处理器是美国LSILogic公司发布的第一款基于ZEVIO架构的标准芯片。具备低功耗、更高级图像和数字音/视频处理功能。ZEVIO1020处理器高度集成，包括通用处理的ARM9内核，多媒体处理的ZSP400内核，此外还包括了一个3D图像内核和一个2D/3DMIDI声音核，它也集成了一个视频DAC(数字到模拟转换器)用于直接输出到电视和一个SDIO(安全数字输入/输出)卡槽用于数据存储或者额外的周边扩展。

ZEVIO1020处理器的开发平台如图1所示，它的通用处理内核ARM926EJ-S的工作主频为150MHz，作为系统主处理器，可以完成控制和数据处理工作;ZSP400DSP处理器为视频解码和JPEG解码工作提供了高效运行平台，工作主频为150MHz。除此之外，ZSP400具有双MAC、双算法逻辑单元(ALU)DSP核，每周期4指令，正交的载入/存储指令集的特点。同时在ZEVIO1020的存储结构中，DMA提供了高速数据转移，能够完成ARM处理器和DSP处理器双核之间的高速数据传输。

图1 ZEVIO1020平台体系架构
 

4、UCOS-II在ZEVIO1020上的移植

UCOS-II操作系统是完全可剥夺型的实时内核，可以同时管理64个任务，函数的调用和服务时间具有确定性。其内核提供的任务调度与管理，时间管理，任务间同步与通信，内存管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。最小内核编译可以达到2KB。UCOS-II的移植主要是编写和处理器有关的代码，以及根据处理器设置中断向量表，提供给操作系统一个时钟作为系统时钟。

OS_CPU_A.ASM是需要用户根据不同处理器的体系结构编写的汇编文件。该文件包括了四个函数:
OSStartHighRdy()、OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()。

OSStartHighRdy()的作用是运行就绪态任务优先级最高的任务。OSCtxSw()是实现CPU在正常运行时任务间的切换，即对当前任务堆栈的保存和对高优先级任务堆栈的弹出，使最高优先级任务获取CPU的控制权。OSIntCtxSw()是在中断服务程序中执行切换功能的函数。

OSTickISR()是系统时钟的中断服务程序。该程序执行的频率为100HZ，主要功能是检查是否有由于延时而被挂起的任务成为就绪任务，如果有就调用OSIntCtxSw()进行任务切换，从而运行高优先级的任务。OS_CPU.C中主要编写任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit()。

中断向量表是系统产生中断处理的索引表，系统会根据不同的中断类型引导它们进入不同的中断处理函数。ZEVIO1020双核处理器提供了多种不同类型的中断处理，主要分为两类:IRQ中断和FIQ中断。FIQ中断是快速中断处理函数，执行速度快，优先级高，一般用于重要和对实时性要求较高的中断处理。IRQ中断是普通的中断处理函数，一般的中断处理都归属于这种类型的中断。在各种中断同时触发的情况下，中断程序会根据各种中断优先级的设定来进行比较，执行优先级最高的中断处理程序。对于UCOS-II的操作系统来说，需要一个系统时钟作为操作系统的时钟节拍，供操作系统调用时间函数使用。ZEVIO1020有4个Timer可供选择，在这里选用Timer1作为系统时钟，设置系统时钟频率为100HZ且为FIQ中断。中断处理程序的实现过程如图2所示。