运动控制系统已被广泛应用于工业控制领域。近年来，工业控制对运动控制系统的要求越来越高。传统的基于PC及低端微控制器日渐暴露出高成本、高消耗、低可靠等问题，已经不能满足现代制造的要求 。随着嵌入式技术的日益成熟，嵌人式运动控制器已经初露锋芒。基于ARM技术的微处理器具有体积小、低成本、低功耗的特点，决定其在运动控制领域具有良好的发展前景。

PCL6045BL是一种新型专用DSP运动控制芯片，它具有强大的数据处理能力和较高的运行速度，可以实现高精度的多轴伺服控制。为解决精密制造对低成本、可移植性强的通用型多轴数控系统的迫切需求，文中给出一种基于ARM 微处理器S3C2440与DSP专业运动控制芯片PCL6045BL构成的嵌入式四轴运动控制器。该运动控制器具有高性能、低成本、体积小、可独立运行等特点，可以满足运动控制系统高速、高精度的 要求。它可广泛应用于雕刻机、机器人、绣花机以及数控加工等工业控制领域。

为解决精密制造对低成本、可移植性强的通用型多轴数控系统的迫切需求，给出一种基于ARM微处理器S3C2440和专用DSP运动控制芯片PCL65045BL组合的嵌入式四轴运动控制器。硬件上该控制器采用ARM+DSP的主从式双CPU结构，结合ARM在人机界面显示、通信接口方面的优势以及PCL6045BL高控制精度的优点。软件上在S3C2440上移植μC/OS-II实时操作系统来管理运动控制系统。该控制系统通用性较强，可广泛应用于雕刻机、机器人、绣花机以及数 控加工等工业控制领域。

1 系统总体设计

嵌入式四轴运动控制器主要由硬件部分和软件部分构成。

硬件主要包括S3C2440嵌入式主控板和PCL6045BL运动控制板两个部分。S3C2440嵌入式主控板和PCL6045BL运动控制板之间通过通用的IDE通信接口进行连接。

软件方面在硬件平台的基础上移植S3C2440实时嵌入式操作系统，设计Boot Loader、外设驱动以及运动控制系统的应用程序。采用上述的软硬件平台，嵌入式运动控制器可以达到开放性能好、精度高的要求。本嵌入式四轴运动控制器的结构如图1所示。

ARM具有丰富的片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器等，在人机界面的显示、通信接口以及系统移植方面具有更强大的功能。PCL6045BL运动控制芯片速度快，可靠性高，性能好，在运动控制方面有很大的优势。

实时操作系统μC/OS-II包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理等功能，可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误地执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化 。将S3C2440处理器、PCL6045BL 以及μC/OS-II三者的优势应用到本嵌入式四轴运动控制器中可以使其具有强大的功能，并缩短开发时间。

本嵌入式四轴运动控制器以S3C2440为主控平台，在ARM上移植μC/OS-II实时操作系统来进行人机界面的显示、I/O的管理、任务问的通信、指令的编译等工作。PCL6045BL运动控制模块主要负责位置控制，插补驱动，速度控制。用户的指令通过S3C2440指令编译系统的编译，通过与PCL6045BL之问的专用通信接口来控制DSP运动控制芯片发出脉冲以达到使伺服电机高速运行。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件平台设计

在控制系统中，以S3C2440处理器为主控核心，PCL6045BL运动控制芯片为从CPU，构建的嵌入式运动控制器结构如图2所示。

S3C2440是一款16/32位ARM920T RISC处理器，它实现了MMU、AMBA总线和独立的16 KB指令和16 KB数据哈佛结构的缓存，每个缓存均为8个字长度的流水线。S3C2440提供全面的、通用的片上外设，不需要配置额外的部件。PCL6045BL运动控制芯片，由NPM公司生产，是一种通过总线接收CPU命令、并产生脉冲控制步进电机或脉冲驱动型伺服电机的CMOS大规模集成芯片，可提供多种输出运动控制功能，包括连续、定长、回原点等输出方式。PCL6045BL可以实现2~4轴线性插补及任意两轴圆弧插补。在这种主从结构框架基础上，主CPU S3C2440主要负责数据的存储、人机界面的显示、网络通信等管理工作。从CPU PCL6045BL输出的脉冲发送给4个轴的伺服驱动器。S3C2440只需要通过发送简单的指令给PCL6045BL，便可实现各种控制功能。

2.2 ARM 与PCL6045BL的连接

PCL6045 BL与ARM的通信是通过读写I/O总线上的几个地址来进行指令和数据的传输。PCL6045BL每个轴的内部寄存器地址由A0、A1 和A2地址线输人决定，其控制地址范围由输入端子A3和A4进行选择。因此在这种主从结构的设计中，ARM与PCL6045BL的连接如图3所示。

2.3 I/O接口电路

嵌入式四轴运动控制器与伺服电机之间是通过I/O接口电路进行连接的。I/O接口电路主要任务是完成输入信号的光电隔离以及对输出脉冲的驱动。设计中采用光电耦合器将PCL6045BL芯片与后面的伺服电机驱动器以及其他控制反馈等线路隔离。由于光耦合器输入输出问互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。将PCL6045BL的输出信号(如CP、CW等)和输入信号(如报警、限位等)都使用光耦器件与PCL6045BL隔离，这样能有效地防止干扰信号进入主芯片损坏PCL6045BL。

3 软件设计

系统软件部分由μC/OS-II实时嵌入式操作系统及相关应用软件组成。μC/OS-II实时嵌入式操作系统仅仅提供了一个任务调度的实时内核，因而需要自行开发一系列与系统运行相关的设备驱动程序、API函数及应用程序，才能将μC/OS-II扩展为一个完整、实用的实时操作系统。

3.1 Boot Loader的设计

嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由Boot Loader来完成。Boot Loader是系统加电后运行的第一段代码，负责初始化系统并启动操纵系统，相当于PC机的程序。Boot Loader初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

Boot Loader分为阶段1和阶段2两个部分，与CPU核以及存储设备密切相关的处理工作通常都放在阶段1中，且可以用汇编语言来实现;而阶段2则通常用C语言来实现一般的流程以及对板级的一些驱动支持。

阶段1主要进行定义入口、设置中断向量、系统寄存器配置、初始化寄存器等操作。而阶段2主要完成调用初始化函数、初始化闪存设备、初始化内存分配函数等操作。Boot Loader是嵌入式系统软件开发的第一个环节，把实时操作系统和硬件平台紧密地结合起来，对于嵌入式系统的软件开发尤为重要。

3.2 μC/OS-II在S3132440的移植

嵌入式实时操作系统μC/OS-II是一个源代码公开的多任务实时操作系统内核，它简化了应用软件的设计，使控制系统的实时性得到保障。良好的多任务设计，有助于提高控制系统的稳定性和可靠性。所谓移植，就是通过修改操作系统内核与处理器相关部分的源代码，使一个实时内核能在微处理器或微控制器上运行。μC/OS-II的文件系统结构包括核心代码部分，配置代码部分，处理器相关代码部分，如图4所示。其中处理器相关代码部分包括OS_CPU.H,OS_CPU.A.ASM,OS_CPU.C.C 3个文件。将μC/OS-II移植到S3C2440只需要修改与处理器相关的代码即可。

3.3 系统应用程序设计

实时应用程序的设计过程包括如何把问题分割为多个子任务，每个子任务都是整个系统的一部分，都被赋予一定的优先级，有自己的一套CPU寄存器和堆栈空间。一个任务，也叫一个线程，是一个简单的程序，该程序可以认为CPU完全只属于自己。在本设计中将任务划分为人机界面的设计、数控指令编译解释、伺服单元采集任务、状态监视等。μC/OS-II可以按照优先级启动各个任务，并通过内核来完成任务之间的调度。系统的基本流程如图5所示。

S3C2440根据系统的应用程序对指令进行解释，调用运动控制函数，继而PCL6045BL发出脉冲控制伺服电机去控制执行机构动作，实现运动控制的结果。

3.4 NC代码解释

运动控制器接受来自上位机发送过来的加工文件，但加工文件指令在程序中不能直接被识别，在执行指令之前必须先对其进行解析译码。解释器的主要功能就是将用户程序以程序段为处理单位，将程序中的轮廓信息、运行速度和辅助功能信息，转换成嵌入式运动控制器能够执行的格式。解释过程主要包括数控文件的读入、词法分析、语法分析以及加工信息存储数据结构等过程，如图6所示。

4 实例分析

上位机通过RS485总线与S3C2440连接，把NC指令文件输入到ARM 中，经过NC代码解释器，变成PCL6045BL能够识别的代码，从而完成规定的运动控制功能。用NC代码编写如下加工程序：

N001 COO X15 Y25//起始点选定

N002 G18//XY平面选择

N003 G90 G01 X15 Y5//准备直线插补

N004 X30 Y5//(15，5)到(30，5)

N005 X30 Y15//前行至点(30，15)

N006 X45 Y15//前行至点(45，15)

N007 X45 Y5//前行至点(45，5)

N008 X60 Y5//前行至点(60，5)

N009 X60 Y25//前行至点(60，25)

N010 X15 Y25//回到始点(15，25)

根据上面所给的代码可以完成如图7所示的多点之间直线插补的功能。

5 结语

该运动控制器的硬件结构是基于微处理器S3C2440和PCL6045BL运动控制芯片设计的，它较好地发挥了ARM处理器的高性能、低成本和运动控制芯片的高可靠性、开发周期短的优点;在控制器硬件平台上移植μC/OS-II实时操作系统既能使整个软件系统结构简结、层次清晰，又能很好地达到运动控制实时性的要求。

现代传动系统要集成控制回路精度、扩展性、网络通信、外设控制、数据和设计安全、功能安全和可靠性等特性，这是十分重要的。此外，电机必须准确并且同步控制，同时不损害性能和确定性，在多轴控制系统中尤其如此。

电机消耗的电能占全球电耗的比例非常高。在很大程度上，电机的能耗取决于电机和传动效率。为了降耗、提高传动效率和改善性能，世界各地的监管机构均已实施能源效率标准。因此，电机传动的部署正日益使用高精度、高性能电机控制算法。现代传动系统要集成控制回路精度、扩展性、网络通信、外设控制、数据和设计安全、功能安全和可靠性等特性，这是十分重要的。此外，电机必须准确并且同步控制，同时不损害性能和确定性，在多轴控制系统中尤其如此。为了满足这些控制和集成要求，嵌入式设计人员设计的传动不仅要能够运行复杂的电机控制算法，而且要在连接性日益增加的环境下支持多个外设通信。

微控制器/数字信号处理器解决方案与 FPGA电机控制解决方案的比较

电机控制应用设计传统上采用微控制器(MCU)或数字信号处理器(DSP)来运行电机控制算法。但是，随着人们日益部署具有更高集成水平、扩展性、现有IP重复利用性的高性能工业控制系统，使得FPGA成为优先选择，尤其结合了ARM Cortex M3微控制器和FPGA逻辑资源的解决方案，为许多关键任务提供了理想的分工。它们日益被采纳的原因有几个。

首先，由于架构和访问指令存储器的原因，使得微控制器十分适合用于速度更慢的串行任务，但是，对时间要求更苛刻的并行处理功能的应用，FPGA则是更加理想的选择。例如，在多轴控制中，速度独立的多个电机通过实施确定性控制环路进行控制。通常，多轴电机控制系统还集成了外设控制、传感器接口、保护逻辑/安全和网络通信等功能。与这些功能有关的任务，各自拥有不同的执行时间和优先等级。

微控制器或DSP传动控制器采用屏蔽和中断服务程序来分配每种任务的执行优先等级。某些未屏蔽的任务可能在控制回路之前执行，导致控制回路的实际执行时间不确定。相反，FPGA的控制回路和片上系统(SoC)FPGA与其它过程并行执行，在多轴控制环路中，还可以采用时分多路复用(TDM)方案顺序运行。

配备ARM Cortex-M3微控制器的SoC FPGA甚至更高效地执行这种应用：这种FPGA用于按严格确定性定时方式执行的控制回路非常理想，而较低速度的接口则可以与ARM M3微控制器连接(图1)。

此外，FPGA解决方案改善了扩展性和性能。正如前述，在基于FPGA的控制中，优先等级更低的任务对控制回路的执行没有影响，因此，增加电机的数量并不会影响控制回路的执行时间。根据需求，可以扩大FPGA上运行的IP组合，从驱动两台无刷DC(BLDC)步机电机通道扩大到六轴解决方案，或将电机性能提高到70000 RPM以上。

此外，采用基于FPGA的多轴控制可以支持高达数百KHz的更高脉冲宽度调制(PWM)开关频率。除集成PWM产生等特性之外，基于FPGA的电机控制器还包括嵌入式处理、控制外设(如USB、PCIe、I2C和CAN)专用块、多用户定义I/O及拥有参考设计的即用型IP库。很重要一点是要记住电机控制算法并非唯一要求的功能。通常，完整的电机控制设计需要一个或多个通信接口和控制I/O。这些接口并非面向高性能，因此，非常适合使用M3等微控制器来实施。通信接口可以是CAN总线、SPI、UART或其它控制总线。SoC FPGA在客户外设和设计其它部分之间提供桥梁，当需要其它外设时，可以采用基于微控制器的SoC FPGA。模块化IP组件还简化了定制和扩展，支持多轴电机或高转动速率解决方案的不同组合，同时满足不断演变的地区技术标准。IP块越紧凑(即整个组合不到10000个逻辑元件)，支持集成需求的净空间便越多。

可靠性和安全性是FPGA解决方案的其它两个重要方面。当设计用于卫星太阳能电池板、导向和控制系统、医学扫描仪、核电厂机械及执行器(Actuator)和发动机控制等应用的系统时，航空电子特别重要。许多半导体部件(包括MCU/DSP)易受单粒子翻转(SEU)的影响。可靠性和安全性的最佳选择是基于Flash而不是SRAM)的FPGA。所有配置信息芯片位于非易失性存储器内，它们在启动时绝对不会暴露位流。FPGA用于实施确定性定时非常重要的电机控制和网络功能时也比微控制器可靠。微控制器的定时差异是几毫秒，而FPGA的定时差异仅几纳秒或更低。

FPGA还满足确定性多轴电机控制解决方案的安全挑战要求。在现今的业界中，设计可能被克隆，或其数据可能被篡改或窃取的威胁日益增加。OEM面临的另一个威胁是其处理所有要求设计和IP的供应商或合同制造商或会过度制造。大多数MCU/DSP可能无法提供FPGA固有的高级安全特性水平，这些安全特性能够以分层方法提供硬件安全性、设计安全性和数据安全性(全面安全战略的三个关键要素)。有些基于闪存的FPGA还可以作为拥有关键储存能力的信任根设备，防止超连接工业IoT受到恶意攻击。FPGA采用物理反克隆功能(PUF)等特性应对安全需求，其中在公钥/私钥方案中，采用公钥基础设施(PKI)，私钥用于实施M2M验证。其它特性包括加密加速器、随机数发生器、用于保护CUP/DSP内核的硬件防火墙，及差分功率分析(DPA)措施，它们相互配合，使整个系统根据需要对安全进行分层，从而保护硬件和数据。

与基于微控制器或DSP的实施相比，基于FPGA的电机控制实施的关键优点是确定性、扩展性和性能、可靠性，以及耐用性及安全性。

● 确定性— 在MCU或DSP实施中，任务顺序运行，执行时间和中断优先等级不同。ISR的执行时间不一定受到限制，因此可能导致不确定。与此相反，FPGA并行运行任务，每个任务的执行时间是确定的，并且总是产生确定性的输出。

● 扩展性和性能 - 对更高开关频率的多轴电机控制来说，MCU/DSP的性能并非最优化。高速电机要求较高开关频率(如500 kHz)和‘ => 2 µs ’ FOC回路执行。MCU硬件架构(PWM、ADC和GPIO)在控制多个电机方面存在局限性。采用FPGA实施，高级现场定向控制(FOC)的执行时间是1 µs。用于FOC的TDM可用于控制多个电机。任何I/O引脚均可配置用于PWM和ADC接口，FPGA集成了多个工业以太网协议、HMI和其它典型MCU/DSP不支持的接口。

● 可靠性和耐用性 – MCU和DSP易受软失效(SEU)的影响，产品使用寿命短。FPGA不受SEU影响，并且抗多种应用中的辐射，而产品使用寿命通常在20年以上。

● 安全性 –基于MCU/DSP的实施存在篡改、克隆和制造过多的风险，而基于FPGA的实施则拥有防篡改、安全启动、安全通信和强大的安全传承特性。

电机开发人员要满足今天的能源效率法规和新技术要求，同时要确保设计可扩展以支持不同的多轴电机或高转动速率解决方案组合，非常富有挑战性。基于Flash的SoC FPGA应对了这些挑战，将处理能力与硬件和软件编程性和集成新特性和功能的能力相结合，同时促进了多层安全性。它们提供了先进的特性，如多轴控制、确定性响应、并行处理、功能集成和灵活性，使设计人员能够降低系统的总体拥有成本(TCO)。

LCD的接口有多种，分类很细。主要看LCD的驱动方式和控制方式，目前手机上的彩色LCD的连接方式一般有这么几种：MCU模式，RGB模式，SPI模式，VSYNC模式，MDDI模式，DSI模式。MCU模式(也写成MPU模式的)。只有TFT模块才有RGB接口。

但应用比较多的就是MUC模式和RGB模式，区别有以下几点：

1.MCU接口:会解码命令，由timing generator产生时序信号，驱动COM和SEG驱器。

RGB接口:在写LCD register setting时，和MCU接口没有区别。区别只在于图像的写入方式。

2.用MCU模式时由于数据可以先存到IC内部GRAM后再往屏上写，所以这种模式LCD可以直接接在MEMORY的总线上。

用RGB模式时就不同了，它没有内部RAM，HSYNC，VSYNC，ENABLE，CS，RESET，RS可以直接接在MEMORY的GPIO口上，用GPIO口来模拟波形.

3.MPU接口方式：显示数据写入DDRAM，常用于静止图片显示。

RGB接口方式：显示数据不写入DDRAM，直接写屏，速度快，常用于显示视频或动画用。

MCU接口和RGB接口主要的区别是：

MCU接口方式：显示数据写入DDRAM，常用于静止图片显示。

RGB接口方式：显示数据不写入DDRAM，直接写屏，速度快，常用于显示视频或动画用。

MCU模式

因为主要针对单片机的领域在使用,因此得名.后在中低端手机大量使用,其主要特点是价格便宜的。MCU-LCD接口的标准术语是Intel提出的8080总线标准，因此在很多文档中用I80 来指MCU-LCD屏。主要又可以分为8080模式和6800模式，这两者之间主要是时序的区别。数据位传输有8位，9位，16位，18位，24位。连线分为：CS/，RS(寄存器选择)，RD/，WR/，再就是数据线了。优点是：控制简单方便，无需时钟和同步信号。缺点是：要耗费GRAM，所以难以做到大屏(3.8以上)。对于MCU接口的LCM，其内部的芯片就叫LCD驱动器。主要功能是对主机发过的数据/命令，进行变换，变成每个象素的RGB数据，使之在屏上显示出来。这个过程不需要点、行、帧时钟。

MCU接口的LCD的DriverIC都带GRAM，Driver IC作为MCU的一片协处理器，接受MCU发过来的Command/Data，可以相对独立的工作。对于MCU接口的LCM(LCD Module)，其内部的芯片就叫LCD驱动器。主要功能是对主机发过的数据/命令，进行变换，变成每个象素的RGB数据，使之在屏上显示出来。这个过程不需要点、行、帧时钟。

M6800模式

M6800模式支持可选择的总线宽度8/9/16/18-bit(默认为8位)，其实际设计思想是与I80的思想是一样的，主要区别就是该模式的总线控制读写信号组合在一个引脚上(/WR)，而增加了一个锁存信号(E)数据位传输有8位，9位，16位和18位。

I8080模式

I80模式连线分为：CS/，RS(寄存器选择)，RD/，WR/，再就是数据线了。优点是：控制简单方便，无需时钟和同步信号。缺点是：要耗费GRAM，所以难以做到大屏(QVGA以上)。

MCU接口标准名称是I80，管脚的控制脚有5个：

CS 片选信号
RS (置1为写数据,置0为写命令)
/WR (为0表示写数据) 数据命令区分信号
/RD (为0表示读数据)
RESET 复位LCD( 用固定命令系列 0 1 0来复位)

VSYNC模式

该模式其实就是就是在MCU模式上加了一个VSYNC信号，应用于运动画面更新，这样就与上述两个接口有很大的区别。该模式支持直接进行动画显示的功能，它提供了一个对MCU接口最小的改动，实现动画显示的解决方案。在这种模式下，内部的显示操作与外部VSYNC信号同步。可以实现比内部操作更高的速率的动画显示。但由于其操作方式的不同，该模式对速率有一个限制，那就是对内部SRAM的写速率一定要大于显示读内部SRAM的速率。

RGB模式

大屏采用较多的模式，数据位传输也有6位，16位和18位，24位之分。连线一般有：VSYNC，HSYNC，DOTCLK，CS，RESET，有的也需要RS，剩下就是数据线。它的优缺点正好和MCU模式相反。

MCU-LCD屏它与RGB-LCD屏主要区别在于显存的位置。RGB-LCD的显存是由系统内存充当的，因此其大小只受限于系统内存的大小，这样RGB-LCD可以做出较大尺寸，象现在4.3"只能算入门级，而MID中7",10"的屏都开始大量使用。而MCU-LCD的设计之初只要考虑单片机的内存较小，因此都是把显存内置在LCD模块内部.然后软件通过专门显示命令来更新显存，因此MCU屏往往不能做得很大。同时显示更新速度也比RGB-LCD慢。显示数据传输模式也有差别。RGB屏只需显存组织好数据。启动显示后，LCD-DMA会自动把显存中的数据通过RGB接口送到LCM。而MCU屏则需要发送画点的命令来修改MCU内部的RAM(即不能直接写MCU屏的RAM)。所以RGB显示速度明显比MCU快，而且播放视频方面，MCU-LCD也比较慢。

对于RGB接口的LCM，主机输出的直接是每个象素的RGB数据，不需要进行变换(GAMMA校正等除外)，对于这种接口，需要在主机部分有个LCD控制器，以产生RGB数据和点、行、帧同步信号。

彩色TFT液晶屏主要有2种接口：TTL接口(RGB颜色接口)， LVDS接口(将RGB颜色打包成差分信号传输)。TTL接口主要用于12.1寸一下的小尺寸TFT屏，LVDS接口主要用于8寸以上的大尺寸TFT屏。TTL接口线多，传输距离短;LVDS接口传输距离长，线的数量少。大屏采用较多的模式，控制脚是VSYNC，HSYNC，VDEN，VCLK， S3C2440最高支持24个数据脚，数据脚是VD[23-0]。

CPU或显卡发出的图像数据是TTL信号(0-5V、0-3.3V、0-2.5V、或0-1.8V)，LCD本身接收的也是TTL信号，由于TTL信号在高速率的长距离传输时性能不佳，抗干扰能力比较差，后来又提出了多种传输模式，比如LVDS、TDMS、GVIF、P&D、DVI和DFP等。他们实际上只是将CPU或显卡发出的TTL信号编码成各种信号以传输，在LCD那边将接收到的信号进行解码得到TTL信号。

但是不管采用何种传输模式，本质的TTL信号是一样的。

注意：TTL/LVDS分别是两种信号的传输模式，TTL是高电平表示1，低电平表示0的模式，LVDS是正负两个对应波形，用两个波形的差值来表示当前是1还是0
SPI模式

采用较少，有3线和4线的，连线为CS/，SLK，SDI，SDO四根线，连线少但是软件控制比较复杂。
MDDI模式(MobileDisplayDigitalInterface)

高通公司于2004年提出的接口MDDI，通过减少连线可提高移动电话的可靠性并降低功耗，这将取代SPI模式而成为移动领域的高速串行接口。 连线主要是host_data,host_strobe,client_data,client_strobe,power,GND几根线。

DSI模式

该模式串行的双向高速命令传输模式，连线有D0P，D0N，D1P，D1N，CLKP，CLKN。

1.uC/OS-II文件结构

与处理器无关的代码：OS_CORE.C, OS_FLAG.C, OS_MBOX.C, OS_MEM.C, OS_MUTEX.C, OS_Q.C, OS_SEM.C, OS_TASK.C, OS_TIME.C, UCOS_II.C, UCOS_II.H。

配置文件(与应用程序有关)：OS_CFG.H, INCLUDES.H

与处理器有关的代码(移植)：OS_CPU.H, OS_CPU_A.ASM, OS_CPU_C.C

2.uC/OS-II组成部分

uC/OS-II大致可以分成系统核心(包含任务调度)、任务管理、时间管理、多任务同步与通信、内存管理、CPU移植等部分。

(1) 核心部分(OSCore.c) ：uC/OS-II处理核心，包括初始化、启动、中断管理、时钟中断、任务调度及事件处理等用于系统基本维持的函数。

(2) 任务管理(OSTask.c) ：包含与任务操作密切相关的函数，包括任务建立、删除、挂起及恢复等，uC/OS II以任务为基本单位进行调度。

(3) 时钟部分(OSTime.c) ：uC/OS-II中最小时钟单位是timetick(时钟节拍)，其中包含时间延迟、时钟设置及时钟恢复等与时钟相关的函数。

(4) 多任务同步与通信(OSMbox.c, OSQ.c, OSSem.c, OSMutex.c, OSFlag.c)：包含事件管理函数，涉及Mbox、msgQ、Sem、Mutex、Flag等。

(5) 内存管理部分(OSMem.c)：主要用于构建私有的内存分区管理机制，其中包含创建memPart、申请/释放memPart、获取分区信息等函数。

(6) CPU接口部分：uC/OS-II针对特定CPU的移植部分，由于牵涉到SP等系统指针，通常用汇编语言编写，包括任务切换、中断处理等内容。

3.uC/OS-II任务状态

在uC/OS-II中，一个任务就是一个线程，该任务可以认为CPU完全属于它自己。任务有自己的堆栈和CPU寄存器，并且被赋予一定的优先级。任务可能处于睡眠、就绪、运行、等待或中断服务状态之一。

(1) uC/OS-II调度算法
uC/OS-II采用基于优先级的调度算法，总是选择当前处于就绪状态的优先级最高的任务进行调度。uC/OS-II是可抢占性的强实时性OS，在完成中断后允许进行新的任务调度。

uC/OS-II有两种调度方式：任务级任务调度、中断级任务调度。

(2) 应用程序中函数的调用关系

#include “includes.h”
#define TASK_STK_SIZE 512 // 定义堆栈长度(1024字节)
OS_STK TaskStk[TASK_STK_SIZE]; // 定义一个数组来作为任务堆栈
void main()
{
……
OSInit(); // 初始化uC/OS-IIi
……
OSTaskCreate(MyTask1,……); // 创建用户任务1
OSTaskCreate(MyTask2,……); // 创建用户任务2
……
OSStart(); // 启动任务
……
}
void MyTask(void *pdata)
{
for (;;)
{
可以被中断的任务代码;
OS_ENTER_CRITICAL(); //进入临阶段(关中断)
不可以被中断的任务代码;
OS_EXIT_CRITICAL(); //退出临阶段 (开中断)
可以被中断的任务代码;
}
}

空任务块链表(所有任务控制块还没有分配给任务)，是在应用程序调用函数OSInit()对系统进行初始化时建立的。

任务建立时，首先会调用OSTaskStkInit()，也会调用函数OS_TCBInit()初始化任务控制块OS_TCB,函数OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()调用任务控制块初始化函数OS_TCBInit()。

OS_TCBInit()然后调用OSTCBCreatHook()。

OSTCBCreatHook()是用户自定义的函数。

当用户程序调用函数OSTaskCreate()创建一个任务时，这个函数会调用系统函数OSTCBInit()来为任务控制块进行初始化。这个函数首先为被创建任务从空任务控制块链表获取一个任务控制块，然后利用任务的属性对任务控制块各个成员进行赋值，最后再把这个任务控制块链入到任务控制块链表的头部。

uC/OS-II有两种调度器：
任务级调度器(由OSSched()实现)、中断级调度器(由OSIntExt()实现)

(3) 任务级任务调度
指在非中断返回时进行任务调度，一般发生在当前任务因时间延迟或等待某事件而阻塞或被挂起，或有更高优先级的任务处于就绪状态。

任务的基本信息：

  -  CPU的PC寄存器：任务当前执行的位置;
  -  CPU的通用寄存器：任务当前执行涉及的临时数据;
  -  CPU的状态寄存器：存储当前CPU的状态。

任务级任务切换：从一个任务直接切换至另一个任务，不涉及CPU状态的切换，OS_TASK_SW()既保存当前任务上下文，又恢复新任务上下文。
过程：OS_Sched() -> OS_SchedNew() -> OS_TASK_SW()

据Semi Engineering网站报导，GlobalFoundries、三星(Samsung)、台积电(TSMC)和联电(UMC)计划在2017年稍晚开始提供ST-MRAM或STT-MRAM，取代NOR Flash，此举代表市场的巨大转变，因为到目前为止，只有Everspin已经为各种应用提供MRAM，例如电池供电的SRAM替代品、读写缓存(Write Cache)等。

STT-MRAM的下一个大好机会就是嵌入式存储器IP市场，NOR Flash是传统嵌入式存储器，随着制程从40nm进展到28nm，NOR Flash已经出现各种各样的问题，因此，这些代工厂的支持可以将STT-MRAM转变为先进节点的替代技术。

GlobalFoundries嵌入式存储器副总裁Dave Eggleston表示，嵌入式快闪存储器将继续作为资料保存技术主流，特别是汽车和安全应用领域，嵌入式快闪存储器将会有很长的使用寿命，但没有扩展空间，当达到28nm制程以上时，嵌入式快闪存储器实际上会成为昂贵的选择。

因此，业界需要一个新的解决方案，STT-MRAM恰好为2xnm及以上的嵌入式存储器应用做好准备。先作为补充技术，进一步替代嵌入式DRAM和SRAM，也是MRAM的巨大机会，将为处理器添加持久性功能。

无论如何，MRAM可能会因为几个因素，成为一个大市场或利基解决方案，包括多个供应商和一系列的应用推动STT-MRAM发展，此外，主要代工厂投入STT-MRAM也可能会推动规模经济化，降低技术成本。

但仍有一些挑战，不是所有晶圆代工客户都需要22nm以上的芯片，此外，STT-MRAM是一种相对较新的技术，客户可能需要花点时间整合，各种制造上的挑战也必须解决。不过，4大代工厂都决定为嵌入式客户投入开发作业，三星有自己的IP，其他代工厂正在与各种合作伙伴合作。

除了Everspin和代工厂之外，英特尔(Intel)、美光(Micron)和东芝与SK海力士都投入MRAM研发，同时，几家新创公司如Avalanche、Crocus、Spin Transfer Technologies都正在开发。对大多数企业而言，生产MRAM说起来比做容易，因为MRAM涉及开发新材料、集成方案和设备，与传统存储器相比，生产流程也不同。

在晶圆厂的进展中，STT-MRAM目前有2个用例，第一个是替换嵌入式快闪存储器，另一个是嵌入式SRAM，业界一致认为，STT-MRAM是一个很好的嵌入式解决方案。多年来，业界一直在探索STT-MRAM的发展，目标是取代DRAM，现在还在努力探索中。

而STT-MRAM仍然需要证明它可以在汽车的高温下满足可靠性和资料储存规格。在微控制器(MCU)市场的嵌入式存储器需求也在增温，如NOR Flash用于代码储存和其他功能。MCU制程从40nm进展到28nm，NOR Flash也是，然而，在2xnm节点，NOR Flash开始遭受写入速度慢和耐久性问题，且因为需要更多光罩步骤使成本更高。

超过28nm以后，NOR Flash就难以扩展，所以人们正在寻找替代品，但是用新的存储器类型替换NOR Flash不是一项简单的任务，新型存储器类型的成长关键要求是性能、可靠性、密度和成本。

现在，STT-MRAM似乎已经在2xnm节点的嵌入式市场准备就绪，其他存储器类型仍然停留在研发阶段。报导指出，随着产业正在开发STT-MRAM，同时也专注准备MRAM研发，包括SOT-MRAM磁存储器，将作为基于SRAM技术的缓存替代品。