μC/OS-II 的多任务系统在SOPC 中的硬件实现*

2010-08-27孔庆臣张广兰刘忠艳

单片机与嵌入式系统应用 2010年4期

孔庆臣，张广兰，刘忠艳

（黑龙江科技学院，哈尔滨150027）

本人在教学及科研实验中，对基于μC/OS-II 的多任务系统在SOPC 中的设计总结出了具体实现方法。经过实践验证，该方法简单、可靠，值得推广。

1 μC/OS 实时操作系统

μC/OS-II 是一个可移植、可裁剪、占先式、实时的多任务内核，主要有任务管理、时间管理、信号量管理、消息邮箱管理、列队管理、内存管理等。由于绝大部分代码都是用C 语言编写的，只有极少部分与处理器密切相关的代码是用汇编语言编写的，用户只要做很少的工作就可以把它移植到各类8 位、16 位、32 位处理器上。另外，μC/OS-II 的构思巧妙，结构简单、精炼，可读性强，有足够的稳定性和安全性，具备了实时操作系统的全部功能，在嵌入式系统领域有着广泛的应用。

2 硬件设计

基于μC/OS-II 的多任务系统在SOPC 系统中的硬件实现与普通SOPC 硬件设计相同，使用Quartus II 创建设计工程，工程创建完成之后，创建顶层实体。创建完顶层设计文件后，使用SOPC Builder 创建Nios II 嵌入式处理器，添加、配置系统的外设IP，组成Nios II 系统模块。Nios II 系统模块设计完成之后要加入到该顶层实体中，然后进行其他片上逻辑的开发。系统整体开发流程如图1所示。

图1 基于μC/OS-II 的多任务系统在SOPC 设计的流程

3 软件开发

利用Nios II IDE 开发环境，使用C/C++语言编程设计。根据多任务系统的实际情况确定任务栈大小，并定义个任务栈；依照任务轻重缓急设定优先级，创建和编写各具体任务，最后调用OSStat（）启动MicroC/OS-II。具体开发流程如图2所示。

图2 在Nios II IDE编写多任务系统的软件流程

4 具体实现方法

本文涉及内容已在Nios development Board Cyclone II（EP2C35）中实现。通过在Quartus II 中使用SOPC Builder 建立一个Nios II 最小系统，然后在Nios II IDE 编写基于μC/OS-II 实时操作系统的应用程序，同时运行3个任务，分别是LED 跑马灯、步进电机运行控制、LCD16207 显示字符。具体电路如图3所示。

结语

该方案已经在具体项目中实现。如果组成多任务的单任务能够可靠运行，只要把Nios II IDE 环境下的System Library 设置成MicroC/OS-II，在源程序里加入μC/OS-II 多任务的相关函数及必要的参数，把各个单任务程序整合到程序中，就可以在极短时间完成多任务的设计。若想开发成多任务专用集成电路（ASIC），可以保持上述开发过程不变，使用Stratix FPGA 系列芯片，在需要时，通过Altera 的HardCopy 设计中心将由FPGA 构成的系统无缝移植为低成本、功能等价、引脚兼容的HardCopy II结构化的ASIC，是一个值得推广的成熟、高效的设计方案。