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摘 要：在UCOS移植前，必须先要建立一定的硬件环境让其运行。原始的UCOS实际上构成了具体内核中的外层或高层，而真正位于内核底层的则是CPU。而这两者之间就由“硬件抽象层”(HAL)来连接。本文在基于HMS30C7202硬件平台的基础上，详细讲述了UCOS在HMS30C7202移植中，硬件抽象层的实现步骤。
关键词：UCOS移植；硬件抽象层；中断二次跳转
引言
一般常用的嵌入式操作系统和通用操作系统一样，在内核完成了自身的初始化以后便会创建一个shell进程或者相应的窗口。之后，其他应用进程的创建和启动就是这个shell进程或者窗口的事情了。然而，像类似于UCOS这类比较小而是专用的嵌入式操作系统就不同了，内核和应用程序之间没有明确的界限，它们共享一个地址空间，在物理地址或者逻辑地址上都形成一个整体。整个系统的映像中就只有一个入口函数。
UCOS启动中，系统在完成最初的硬件初始化以后便转入由开发者提供的main()，在main()中再调用一个内核函数OSInit()来完成内核的初始化，然后在完成了与应用相关的初始化以后，就可以调用一个内核函数OSStart()启动内核的进程调度。从上面的过程可以看出，main0函数其实是一个回调函数，整个系统的入口其实是在HAL程序中。
HAL简介
一般HAL中包含着特定CPU的汇编语言编写的底层函数和数据结构，例如对CPU内部一些特殊寄存器的设置、开中断／关中断、中断向量的设置等等。
在不同类型的操作系统中，HAL存在的形式也有很大的不同。在一体化内核的Linux操作系统中，不存在独立的HAL。在Linux内核的源码中，目录arch／下面就是依赖于各种不同CPU的底层代码，那就是需要静态连接到内核中的HAL。所以，Linux所需要的就只是一个基本的引导装入程序。一旦内核开始运行，引导装入程序就完成了使命，Linux内核及其应用程序不会调用引导装入程序中的任何一段代码。然而在微内核的UCOS操作系统中，内核引导装入程序与HAL连接在一起，或者说在HAL的基础上构建内核引导装入程序。
在Hms30C7202上构建HAL
Hms30c7202是一款基于ARM720T内核的32位处理器。主要特征如下：更详细的芯片功能介绍请见参考文献。
·内核运行速率可达70MHz
·8KB综合指令／数据的cache
·内存管理单元MMU
·支持小端操作系统
·2KBSRAM可用于内部buffer。
如上所说，在ARM上运行UCOS的HAL要完成系统硬件的初始化和操作系统的引导两个工作。系统的初始化，主要包括下面几个步骤：
·标志整个代码的初始入口点
·设置异常中断向量表
·初始化存储系统
·初始化MMU
·将已经初始化的数据搬运到可写的数据区
·初始化各个模式下的数据栈
·初始化一些特殊外围接口
·安放好中断处理程序
·使能IRQ异常中断
以上的步骤中根据处理器中相应的寄存器，进行数据的读写即可。但是要注意MMU的初始化和中断结构的设计。在Hms30c7202中，对于MMU设置如下：
IMPORT LOPageTable
ldrr0，=LOPageTable
mcr
p15，0，r0，c2，c0，0
mvn
rO，#0
mcr
p15，0，r0，c3，c0，0
mov
rO，#CtrlMMU+CtrlCache+CtrlWBuff
mcr
p15，0，rO，c1，c0，0
首先我们将建立好的页表地址的基址存入寄存器C2(translationtablebase)，然后通过寄存器C3设置好内存的访问权限，最后使能MMU单元，CACHE和BUFF。在LOPageTable开始的内存页表中，规划’了4G内存的分配情况。其实根据UCOS的自身特点可以不使用MMU或者将内存映射为1—1的甲板映射就可以。这里将4G的空间划分开来主要是为了更好的通用性，将来如果引导Linux，就也可以使用这段代码。
中断结构和中断处理程序的设计，应该是HAL中最为重要的一个环节。因为UCOS做为一个多任务操作系统，其本质就是在响应系统指定的时钟中断后进行任务切换。为了使中断处理程序的安装更为方便，因此采用了中断二次跳转的方法。首先在ARM处理器定义的中断向量处安放跳转指令，跳转到指定位置后，再进行位置的第二次映射。其中位置的映射是通过一个汇编定义的宏来实现的。其代码如下：
MACRO
$SourceHANDLER$Destination
$Source
subsp,sp,#4
stmfdsp!,{rO}
1drr0,=$Destination
ldr ro.[ro]
strl0，[sp,#4]
Idmfd sp!，{r0,pc}
MEND
这样就可以在程序的任意位置定义自己的中断处理函数，而不必担心因为使用B指令带来的跳转范围的限制问题。以[RQ中断为例：
HandlerlRQ
HANDLERHandlelRQ
IRQ中断发生时，PC指向地址0X18处，在此处放一条：B HandlerlRQ，程序跳转到Handler处，根据宏所定义的操作，PC指向HandlelRQ所代表的地址处。也就是说当IRQ中断发生时，其中断向量已经是HandleFlQ所代表的地址了，从这个地址再映射到UCOS IRQHANDLER就可以正确的实现IRQ中断的响应了。Hms30c7202中其他中断资源也都有自己固定的中断向量地址，也可以使用类似的方法进行处理。在需要用到的中断资源对应的中断向量处，安放相应中断处理函数的起始地址即可。
在UCOS中需要用到一个周期性的中断源来产生系统的时钟节拍。对于Hms 30c7202，可以选择使用WATCHDOGTimer、RTC或者是Timer来实现。这三者都可以实现周期中断，只是操作的难易程度不一样。如果系统要求高精度实时中断，使用Timer比较奸。如果系统要求比较低的话，用RTC实现则十分的简单。不管哪一种方法实现，其中断处理程序是相似的，给出伪代码如下：
XXX_IRQ_Handler
{
清除中断标志位
重新设置中断条件
OSTimeTick()
}
当周期中断发生时，Hms30c7202先进入IRQ中断，再来判别中断源。所以当进入UCOSIRQHANDLER后，在其中因该调用一个C函数来实现中断源的判别和相应处理函数的运行。
EXPORT UCOS IRQHandler
UCOS IRQHandler
stmfdsp!，{rO-r3,r12,1r}
blOSIntEnter
b1C IRQHandler
blOSIntExit
ldrr0,=OSIntCtxSwFlag
ldrrl，[rO]
cmprl，#1
beq_IntCtxSw
ldmfdsp!，{r0-r3,r12,1r}
subs pc,lr,#4
至此，整个HAL的框架已经建好，按照先前提出的步骤和上面讲到的中断处理的方法，编写好整个HAL程序和os cpu a．s和os_cpu_c．c中6个关键的移植函数。再跳转到main()程序入口，初始化UCOS操作系统，创建任务，启动系统时钟，启动系统即可运行自己定义的任务。
结语
对于UCOS来讲，在其运行以前HAL就已经把运行操作系统所必需的硬件环境建立好，并且隐藏了UCOS在调用系统硬件资源时实现的具体操作细节。从这点可以认为简单的HAL其实就是一个硬件资源初始化的程序。然而实际上完全可以基于HAL写一个普通的监控程序或者是引导／装入程序，甚至是一个内核。ARM公司为操作系统的开发提供了一个HAL，称为μHAL。μHAL是一组库程序。ARM公司向用户提供LlHAL的源代码和已经编译好的两个二进制文件，分别用于“半寄宿(semihost)“和独立运行(standalone)。具体内容请见参考文献当然也可以自己编写这些代码，本文就是这种情况。这样做工作量会变大，但是整个程序也许会更加的简练，执行的效率会更高。注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：UCOS移植；硬件抽象层；中断二次跳转
引言
一般常用的嵌入式操作系统和通用操作系统一样，在内核完成了自身的初始化以后便会创建一个shell进程或者相应的窗口。之后，其他应用进程的创建和启动就是这个shell进程或者窗口的事情了。然而，像类似于UCOS这类比较小而是专用的嵌入式操作系统就不同了，内核和应用程序之间没有明确的界限，它们共享一个地址空间，在物理地址或者逻辑地址上都形成一个整体。整个系统的映像中就只有一个入口函数。
UCOS启动中，系统在完成最初的硬件初始化以后便转入由开发者提供的main()，在main()中再调用一个内核函数OSInit()来完成内核的初始化，然后在完成了与应用相关的初始化以后，就可以调用一个内核函数OSStart()启动内核的进程调度。从上面的过程可以看出，main0函数其实是一个回调函数，整个系统的入口其实是在HAL程序中。
HAL简介
一般HAL中包含着特定CPU的汇编语言编写的底层函数和数据结构，例如对CPU内部一些特殊寄存器的设置、开中断／关中断、中断向量的设置等等。
在不同类型的操作系统中，HAL存在的形式也有很大的不同。在一体化内核的Linux操作系统中，不存在独立的HAL。在Linux内核的源码中，目录arch／下面就是依赖于各种不同CPU的底层代码，那就是需要静态连接到内核中的HAL。所以，Linux所需要的就只是一个基本的引导装入程序。一旦内核开始运行，引导装入程序就完成了使命，Linux内核及其应用程序不会调用引导装入程序中的任何一段代码。然而在微内核的UCOS操作系统中，内核引导装入程序与HAL连接在一起，或者说在HAL的基础上构建内核引导装入程序。
在Hms30C7202上构建HAL
Hms30c7202是一款基于ARM720T内核的32位处理器。主要特征如下：更详细的芯片功能介绍请见参考文献。
·内核运行速率可达70MHz
·8KB综合指令／数据的cache
·内存管理单元MMU
·支持小端操作系统
·2KBSRAM可用于内部buffer。
如上所说，在ARM上运行UCOS的HAL要完成系统硬件的初始化和操作系统的引导两个工作。系统的初始化，主要包括下面几个步骤：
·标志整个代码的初始入口点
·设置异常中断向量表
·初始化存储系统
·初始化MMU
·将已经初始化的数据搬运到可写的数据区
·初始化各个模式下的数据栈
·初始化一些特殊外围接口
·安放好中断处理程序
·使能IRQ异常中断
以上的步骤中根据处理器中相应的寄存器，进行数据的读写即可。但是要注意MMU的初始化和中断结构的设计。在Hms30c7202中，对于MMU设置如下：
IMPORT LOPageTable
ldrr0，=LOPageTable
mcr
p15，0，r0，c2，c0，0
mvn
rO，#0
mcr
p15，0，r0，c3，c0，0
mov
rO，#CtrlMMU+CtrlCache+CtrlWBuff
mcr
p15，0，rO，c1，c0，0
首先我们将建立好的页表地址的基址存入寄存器C2(translationtablebase)，然后通过寄存器C3设置好内存的访问权限，最后使能MMU单元，CACHE和BUFF。在LOPageTable开始的内存页表中，规划’了4G内存的分配情况。其实根据UCOS的自身特点可以不使用MMU或者将内存映射为1—1的甲板映射就可以。这里将4G的空间划分开来主要是为了更好的通用性，将来如果引导Linux，就也可以使用这段代码。
中断结构和中断处理程序的设计，应该是HAL中最为重要的一个环节。因为UCOS做为一个多任务操作系统，其本质就是在响应系统指定的时钟中断后进行任务切换。为了使中断处理程序的安装更为方便，因此采用了中断二次跳转的方法。首先在ARM处理器定义的中断向量处安放跳转指令，跳转到指定位置后，再进行位置的第二次映射。其中位置的映射是通过一个汇编定义的宏来实现的。其代码如下：
MACRO
$SourceHANDLER$Destination
$Source
subsp,sp,#4
stmfdsp!,{rO}
1drr0,=$Destination
ldr ro.[ro]
strl0，[sp,#4]
Idmfd sp!，{r0,pc}
MEND
这样就可以在程序的任意位置定义自己的中断处理函数，而不必担心因为使用B指令带来的跳转范围的限制问题。以[RQ中断为例：
HandlerlRQ
HANDLERHandlelRQ
IRQ中断发生时，PC指向地址0X18处，在此处放一条：B HandlerlRQ，程序跳转到Handler处，根据宏所定义的操作，PC指向HandlelRQ所代表的地址处。也就是说当IRQ中断发生时，其中断向量已经是HandleFlQ所代表的地址了，从这个地址再映射到UCOS IRQHANDLER就可以正确的实现IRQ中断的响应了。Hms30c7202中其他中断资源也都有自己固定的中断向量地址，也可以使用类似的方法进行处理。在需要用到的中断资源对应的中断向量处，安放相应中断处理函数的起始地址即可。
在UCOS中需要用到一个周期性的中断源来产生系统的时钟节拍。对于Hms 30c7202，可以选择使用WATCHDOGTimer、RTC或者是Timer来实现。这三者都可以实现周期中断，只是操作的难易程度不一样。如果系统要求高精度实时中断，使用Timer比较奸。如果系统要求比较低的话，用RTC实现则十分的简单。不管哪一种方法实现，其中断处理程序是相似的，给出伪代码如下：
XXX_IRQ_Handler
{
清除中断标志位
重新设置中断条件
OSTimeTick()
}
当周期中断发生时，Hms30c7202先进入IRQ中断，再来判别中断源。所以当进入UCOSIRQHANDLER后，在其中因该调用一个C函数来实现中断源的判别和相应处理函数的运行。
EXPORT UCOS IRQHandler
UCOS IRQHandler
stmfdsp!，{rO-r3,r12,1r}
blOSIntEnter
b1C IRQHandler
blOSIntExit
ldrr0,=OSIntCtxSwFlag
ldrrl，[rO]
cmprl，#1
beq_IntCtxSw
ldmfdsp!，{r0-r3,r12,1r}
subs pc,lr,#4
至此，整个HAL的框架已经建好，按照先前提出的步骤和上面讲到的中断处理的方法，编写好整个HAL程序和os cpu a．s和os_cpu_c．c中6个关键的移植函数。再跳转到main()程序入口，初始化UCOS操作系统，创建任务，启动系统时钟，启动系统即可运行自己定义的任务。
结语
对于UCOS来讲，在其运行以前HAL就已经把运行操作系统所必需的硬件环境建立好，并且隐藏了UCOS在调用系统硬件资源时实现的具体操作细节。从这点可以认为简单的HAL其实就是一个硬件资源初始化的程序。然而实际上完全可以基于HAL写一个普通的监控程序或者是引导／装入程序，甚至是一个内核。ARM公司为操作系统的开发提供了一个HAL，称为μHAL。μHAL是一组库程序。ARM公司向用户提供LlHAL的源代码和已经编译好的两个二进制文件，分别用于“半寄宿(semihost)“和独立运行(standalone)。具体内容请见参考文献当然也可以自己编写这些代码，本文就是这种情况。这样做工作量会变大，但是整个程序也许会更加的简练，执行的效率会更高。注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。