ucos-ii移植ARM-CORTEM3详解

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基于 ARM- Cortex-M3 的 U-COS II 系统移植说明

虽然 U-COS II 在中国的市场不怎么滴，但是学习这个系统能更好的掌握操作系统原理（特别是任务调度和

内存管理），也为学习 linux 内核做更好的铺垫，反正好处多多，这里介绍一下我的移植经历，希望对大家有所

帮助。

 我的移植基本上是从零开始的。首先想要做好移植，有两方面的内容是必须要了解：

1.目标芯片；2.ucosii 内核原理。

 虽然我们移植的目标芯片是 stm32，但操作系统的移植基本是针对 Cortex-M3 内核（以下简称 CM3）而言的，

所以我们只需了解 CM3 内核就好了。stm32 芯片就是 CM3 内核加上各种各样的外设。

 怎么才能了解 CM3 呢？看一本书<<ARM Cortex-M3 权威指南>>（宋岩译，网上多的很）就好了，很多同学

可能想，看完这本书移植的新鲜劲都没了，因此我把该书和移植有关的章节都列了出来，并对其中的重点内容

进行介绍，我数了数相关章节还不到 100 页，就这点内容，总要看了吧。

相关章节如下：

chapter2 Cortex-M3 概览

2.1 - 2.9

 主要了解 Cortex-M3 的概貌。刚开始看时不用追求全部理解，后面会有详细介绍，很多内容多看几遍就明白。

其中 2.8 指令集，只要了解，CM3 只使用 thumb2 就 ok 了。

chapter3 Cortex-M3 基础

3.1 寄存器组

 R0-R12: 通用寄存器



 R13: 堆栈寄存器

 有两个，MSP 和 PSP，同时只能看见一个

 引用 R13 时，引用的是正在使用的那个

 MSP：可用于异常服务和应用程序

 PSP：只能用于应用程序

 系统复位后，用的堆栈指针是 MSP。



 R14: 连接寄存器，又名 LR

 存储返回地址

 R15: 程序计数寄存器，又名 PC

3.2 特殊功能寄存器

 程序状态字寄存器组（PSRs）

 中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）

 控制寄存器（CONTROL）



 程序状态字寄存器组（PSRs）分为

 应用程序 PSR（APSR）

 中断号 PSR（IPSR）

 执行 PSR（EPSR）



 每个都是 32 位，由于这 3 个寄存器有效位是错开的，因此可以组合访问。

 中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）

 这三个寄存器用于控制异常的使能和除能。

 控制寄存器（CONTROL）

 它有两个作用：

 1.定义特权级别

 2.选择当前使用哪个堆栈指针

3.3 操作模式和特权极别

 操作模式: 处理者模式和线程模式

 异常处理：处理者模式

 主程序：线程模式

 ucosii 不区分特权级和用户级，程序始终工作在特权级

 这两个堆栈指针的切换是全自动的，就在出入异常服务例程时由硬件处理。

3.4 - 3.7

 没什么好讲的，需要看。

3.8 复位序列

 0x00000000 MSP 初值

 0x00000004 PC 初值复位向量

chapter7 异常

7.1 异常类型

 分为系统异常(编号 1-15)和外部中断(大于 15)

7.2 优先级

 CM3 支持 3 个固定的高优先级和多达 256 级的可编程优先级。

 在 NVIC 中，每个中断都有一个优先级配置寄存器（1 个 byte），用来配置该中断的优先级。但该寄存器并

不是每个位都被使用，不同制造商生产的芯片不相同，譬如 stm32 使用 4 位，也就是说 stm32 支持 16 个可编

程优先级（参考：chapter9）。

 注意该寄存器是以 MSB 对齐的，因此 stm32 每个中断的优先级配置寄存器 7:4 位有效，3:0 位无效。

 对于优先级，CM3 又分为抢占优先级和亚优先级，

 NVIC 中的应用程序中断及复位控制寄存器(AIRCR)的优先级分组(10:8)描述了如何划分抢占优先级和亚优先

级。

 什么意思？以 stm32 为例，优先级配置寄存器不是 7:4 位有效吗，如果 AIRCR 中的优先级分组值为 4，则优

先级配置寄存器的 7:5 位确定抢占优先级，位 4 确定亚优先级。此时所有中断有 8 个抢占优先级，每个抢占优

先级有 2 个亚优先级。

 抢占优先级高的中断可以抢占抢占优先级低的中断，即抢占优先级决定了中断是否可以嵌套。

 相同抢占优先级的中断不能嵌套，但当抢占优先级相同的异常有不止一个到来时，就优先响应亚优先级最高

的异常。

 参考附录 D

 表 D.9 中断优先级寄存器阵列 0xE000_E400 - 0xE000_E4EF 共 240 个。

 表 D.16 系统异常优先级寄存器 0xE000_ED18 - 0xE000_ED23 共 12 个。

 优先级相同，看中断号，中断号小的优先。

7.3 向量表>

 初始在 0x00000000 处，可以通过向量表偏移量寄存器(VTOR)（地址：0xE000_ED08）更改，一般无需更

改。

7.4 中断输入及挂起行为

 需要看。

7.5 Fault 异常

 可不看。

7.6 SVC 和 PendSV

 SVC 主要用在分特权级和用户级的操作系统，ucosii 不区分特权级和用户级，可以不管这个东西。

 这里说点题外话，一开始我很奇怪为什么会提供这种中断，因为这种中断一般都是用在大型的操作系统

上，如 linux 系统上，可 CM3 又不提供 MMU，应该是无法移植 linux 系统。后来我才知道 uclinux 是针对没有

MMU 的嵌入式系统而设计的，不过还是很怀疑有人会在像 stm32 这种芯片上用 uclinux。

 PendSV

 PendSV 中断主要做上下文切换，也就是任务切换，是 ucosii 移植过程中最重要的中断。

 主要有两点：

 1.PendSV 中断是手工往 NVIC 的 PendSV 悬起寄存器中写 1 产生的（由 OS 写）。

 2.PendSV 中断优先级必须设为最低。

 在讲移植代码时会介绍具体是如何做的。

 对于 7.6 的 PendSV 部分应认真研读一下。

chapter8 NVIC 与中断控制

 NVIC 负责芯片的中断管理，它和 CM3 内核紧密相关。

 如果对于 CM3 中断配置不是很了解，可以看看 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 节。

 8.7 节讲述了 SysTick 定时器，需要看。

chapter9 中断的具体行为

9.1 中断／异常的响应序列

 当 CM3 开始响应一个中断时

 1.xPSR, PC, LR, R12 以及 R3‐R0 入栈

 2.取向量

 3.选择堆栈指针 MSP/PSP，更新堆栈指针 SP，更新连接寄存器 LR，更新程序计数器 PC



 对移植 ucosii 来说，需要注意 1,3

9.2 异常返回

 在 CM3 中，进入中断时，LR 寄存器的值会被自动更新。

 9.6 节对更新后的值进行说明。这里统称 EXC_RETURN。

 返回时通过把 EXC_RETURN 往 PC 里写来识别返回动作的。

 因为 EXC_RETURN 是一个特殊值，所以对于 CM3，汇编语言就不需要类似 reti 这种指令，而用 C 语言开

发时，不需要特殊编译器命令指示一个函数为中断服务程序。实际上，中断服务程序如果是 c 代码编写，汇编

成汇编代码，函数结尾一般是 reti。



9.3 嵌套的中断

 只要注意：中断嵌套不能过深即可。

9.4 和 9.5

 这两节说明 CM3 对中断的响应能力大大提高了，主要是硬件机制的改进。

 但对移植来说，并不需要关注。

9.6 异常返回值

 对不同状态进入中断时，LR 寄存器的值进行说明，需要看。

 这里有一点需要注意，该点在讲移植代码时再介绍。

9.7 和 9.8

 对移植来说，并不需要关注。

chapter10 Cortex-M3 的低层编程

 这一章仅需关注 10.2 节，因为对移植来说汇编与 C 的接口是必须面对的。

剩余14页未读，继续阅读

temp77

2011-11-06

非常好的原创文档，移植基本上是从零开始的，把整个思路都清晰说明，难道的好文档，有指导意义。如果能再写一个 ucLinux 移植到 STM32F107 上的文档就好了，谢谢楼主分享

dengfen

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