μCOS在高性能DSP上的移植和优化.doc

μC OS 在高性能DSP 上的移植和优化 作者：王世伟? ?发布时间：2011-03-11马宏雷1 李宗伯2 鞠怡明 3 (1. 国防科学技术大学计算机学院，长沙，410073；2. 国防科学技术大学计算机学院，长沙，4100733. 国防科学技术大学计算机学院，长沙，410073) 摘 要:本文详细介绍μC/OS 在 TMS320C6711DSP 上的移植过程,即数据类型转化为编译器能编译的数据类型、设计μC/OS 与DSP 硬件的接口、设计硬件抽象层函数。另外利用CPU及其指令系统特点，通过设计2 个堆栈指针寄存器和任务帧，设计可并行堆栈，并提出“双通道并行入/出栈法”,同时，讨论了移植代码的优化。 关键词： μC/OS；嵌入式操作系统； DSP；C6711；可并行堆栈 1 引言 目前，高性能 DSP 因具有快速的数字信号处理能力而广泛应用于多媒体视频音频编解码及图像处理等领域。但是，由于DSP 体系结构复杂，兼容性差导致移植一个成熟的开发平台比较困难。因此开发一种友好的DSP 软件平台将有利于DSP 技术积累和推广，其中操作系统是实现这一目标的基础。另外，本次课题为正在投片中的国产DSP 芯片移植操作系统作一次技术积累。 2. TMS320C6711 简介 C6711 系列的DSP 是基于VLIW（Very Long Instruction Word）技术设计的，它采用哈2佛体系结构，8 级流水线技术，8 条指令并行执行（称为一个取指包）。处理器支持中断，并能产生定时中断。C6000 系列无堆栈指令，但是可以通过LDW 和STW 指令来支持硬件堆栈的功能。处理器有两个数据流通道。有2 组（共32 个）16 位的通用寄存器，10 个常用的控制寄存器。处理器无中断（函数）返回指令，编译器通过“B IRP”返回中断。 TMS320C6000 系列的有一个集成开发环境Code Component Studio（简称CCS），其包含C 编译器能产生可重入代码，用C 语言就可以打开和关闭中断。 3 在TMS320C6711 上的移植μC/OS 的过程的设计和实现 3.1 μC/OS 简介 μC/OS 是基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，由美国人Jean J. Labrosse 编写。由于篇幅的原因总体的设计的框图，基本内核不在赘述。 3.2 移植过程的实现和并行堆栈方案 移植模块分为 DSP 硬件驱动模块和操作系统与DSP 接口模块两部分。在DSP 硬件驱动模块中主要包括中断向量、硬件初始化和时钟初始化。操作系统与DSP 接口模块包括μC/OS数据类型移植、任务堆栈的设计及操作系统与DSP 硬件的接口函数（OS_CPU_A.asm 和OS_CPU_C.C） 3.2.1数据类型的移植 由于μC/OS 的设计者为了提高操作系统的移植性，在OS_CPU.H 中定义了μC/OS 的基本的数据类型，通过typedef 语句把μC/OS 的数据类型转化成编译器所能识别的数据类型，例如： typedef unsigned char INT8U; /* 无符号8 位整形 */ 这些数据类型还有INT8S（有符号8 位整数）、 INT16U（无符号16 位整数）、INT16S（有符号16位整数）、INT32U（无符号32 位整数）、INT32S; （有符号32 位整数 ）、FP32（单精度浮点数）、FP64（双精度浮点数）OS_STK 堆栈入口宽度为32 位 。 根据处理器的模式（ Little Endian ） ， 堆栈由高地址向低地址增长， 常量OS_STK_ GROWTH设为1。为了实现对临界资源的访问，μC/OS 还定义了两个宏，即 #define OS_ENTER_CRITICAL() DisableInt() /*进入临界区，关中断*/ #define OS_EXIT_CRITICAL() EnableInt() /*出临界区，开中断*/ 3.2.2任务堆栈的设计和并行堆栈方案 任务堆栈的设计原则首先要适合μC/OS 的任务调度和中断级调度，其次，使操作系统快速稳定。所以，将一个任务执行时所需要用到的所有寄存器作为一个任务帧。在逻辑上，任务帧将作为一个整体在堆栈中保存。另外结合C6711 处理器的模式（Little Endian），任务帧具有下面代码所描述的结构： ; 名称 相对于任务帧头的偏移 _StartAddress .set 4 _A0 .set 8;存放寄存器A0 的内容 _A1 .set 12;存放寄存器A1 的内容 …… _A15 .set 68;存放寄存器A15 的内容 _B0 .set 72 ;存放寄存器B0 的内容 _B1 .set 76 ;存放寄存器B1 的内容 …… _B15 .set 132 ;存放寄存器B