一、写在前面

本文记录将µC/OS-III从Zynq平台移植到复旦微FMQL20（国产Zynq）的完整过程。整体思路是：先在Zynq上跑通官方移植方案，再以此为参考，逐一替换平台相关模块，移植到FMQL平台。

之所以采用这个路线，是因为：

• Zynq平台有Micrium官方提供的开箱即用移植方案，网上资料丰富

• FMQL是国产化Zynq替代方案，ARM部分为四核Cortex-A7（Zynq为双核Cortex-A9），同属Armv7架构
• 复旦微没有像Xilinx SDK那样完整的闭环开发工具链，需要使用IAR + Procise的组合

关于开发环境：Zynq使用Vivado + SDK（eclipse定制版），生态闭环；FMQL使用Vivado + Procise + IAR的组合。Procise相当于“低配版SDK”，负责生成BSP和导出工程到IAR。

二、Zynq平台µC/OS-III移植（参考基础）

2.1 环境准备

1. Vivado 2018.3：与Zynq-7000系列兼容性最佳
2. 正点原子Zynq开发板
3. USB转串口工具：用于调试信息输出

2.2 Vivado硬件工程创建

1. 创建Vivado工程
2. 添加ZYNQ Processing System IP，创建PS系统
3. 导出硬件到SDK，创建PS SDK程序

2.3 获取并导入µC/OS-III源码

1. 获取官方移植包：Micrium官方为ZYNQ Cortex-A9提供了开箱即用的移植方案，从GitHub获取：zynq_guide/ucos at main · suisuisi/zynq_guide · GitHub，下载ucos_v1_45.7z压缩包
2. 将其移动到Vivado目录下方便管理，我是保存在了 ...\Xilinx2018.3\SDK\2018.3\data\embeddedsw\ucos_v1_45
3. 在SDK中导入源码（Local Repositories方式）：
   • 菜单 Xilinx → Repositories
   • 在 Global Repositories中添加ucos，并确认（如果不想全局使用只想单个项目使用就添加到Local Repositories）

2.4 创建µC/OS-III应用工程

1. 在SDK中新建Application Project，关键参数：
   • Project name: ucos_hello_world
   • OS Platform: 选择"ucos"（导入源码后才会出现）
   • Template: Micrium uc/OS-III Hello World
2. 工程创建后自动生成：
   • src/app.c - 主程序入口
   • system.mss - BSP配置文件
   • ucos_bsp/ - 板级支持包

2.5 BSP关键配置

1. 点击打开Ucos III BSP支持包界面
2. 选择 Modify this BSP's Settings
   • 勾选这几个必要选项：
   • 打开 ucos_standalone配置 stdin和 stdout

三、从Zynq到FMQL的移植

3.1 FMQL与Zynq的核心差异

在开始移植前，需要理解两个平台的关键差异：

• ARM 核：Xilinx Zynq 采用双核 Cortex‑A9，复旦微 FMQL 采用四核 Cortex‑A7。
• ARM 架构：两者同属 Armv7‑A，指令集兼容，为移植提供了基础。
• 开发环境：Zynq 使用 Vivado + SDK（Xilinx 定制 Eclipse）；FMQL 使用 Vivado + Procise + IAR EWARM。
• 调试工具：Zynq 通常使用标准 JTAG；FMQL 可使用 JTAG‑Cable 或 J‑Link。
• IDE：Zynq 的 SDK 基于 Eclipse 定制；FMQL 以 IAR EWARM 为主 IDE。
• BSP 生成：Zynq 由 SDK 自动生成；FMQL 由 Procise 生成后再导出到 IAR 工程。

ARM核同属Armv7架构，指令集兼容，但外设寄存器地址、中断控制器、定时器等底层硬件不同，需要逐个替换平台相关代码。

3.2 环境搭建

必备工具：

1. Vivado：与Zynq相同，用于PL端开发
2. Procise：复旦微配套软件，用于生成BSP和导出IAR工程
3. IAR EWARM：FMQL ARM端的主开发环境

3.3 移植总体策略

µC/OS-III内核源码保持Micrium原版不变，所有平台相关部分按以下原则替换：

• 中断控制器：Zynq 使用 Xilinx 的 XScuGic 驱动；FMQL 替换为复旦微自研的 FGicPs 驱动，两者接口不同，需重新适配 GIC 初始化、中断使能/禁止及中断连接函数。
• 系统 Tick 定时器：Zynq 常用 SCU Timer 作为系统时钟节拍源；FMQL 采用 TTC（Triple Timer Counter），对应驱动为 FTtcPs，需要重新实现定时器配置、中断处理及 OSTimeTick() 的调用。
• 串口打印：Zynq 使用 xil_printf 系列函数输出调试信息；FMQL 底层打印接口为 fmsh_print，因此需要将 UCOS_Printf 和 UCOS_Print 的实现替换为基于 fmsh_print 的版本。
• PS 初始化：Zynq 的板级初始化入口为 ps7_init；FMQL 对应的初始化函数为 ps_init，需要在底层启动流程中调用正确的初始化函数。
• 启动与异常向量：Zynq 使用 GNU 汇编文件 ucos_vectors.S 提供向量表及安装逻辑；FMQL 在 IAR 环境下使用 ucos_cstartup.s，这是一个完整的复位启动文件，包含 resetHandler 入口、向量表、栈初始化及 VBAR 设置，且链接时必须指定入口为 resetHandler。
• CPU/OS 汇编 port：Zynq 的 CPU 抽象层和 OS 移植层使用 GNU 汇编（.S 文件）；FMQL 配合 IAR 编译器，必须使用对应的 IAR 汇编语法文件（.s），包括 cpu_a.s 和 os_cpu_a_vfp-none.s，不能混用不同工具链的汇编源文件。

3.4 移植文件组织情况

1. Export Hardware：选择导出 Empty和 FSBL（也可以不导出 Empty在IAR直接创建UCOS III工程）
2. 在IAR修改Empty工程为UCOS III工程
   • 添加组织文件：用于保存各类源码，其中FM_QL_bsp是Procise导出工程自动生成的，FM_QL_ucos_bsp是需要自己组织的，UcosIII_Test是应用工程
3. FM_QL_ucos_bsp的文件作用：
   • ucos_common_v1_45：提供 uC/CPU 硬件抽象层（中断开关、临界区、位操作等）和 uC/LIB 基础库（字符串、内存、数学辅助）
   • ucos_osiii_v1_45：包含 uC/OS-III 全部内核源文件，以及针对 ARMv7-A + IAR 的汇编移植文件（os_cpu_a_vfp-none.s）
   • ucos_standalone_v1_45：提供 FMQL 平台的最小初始化与打印支撑，替代原 Xilinx standalone 库。
   • ucos_v1_45：包含顶层 BSP 适配文件 fmql_ucos_bsp.c、启动汇编 ucos_cstartup.s、中断接口声明 ucos_int.h 以及应用配置 app_cfg.h。

四、新增与修改的平台适配文件说明

本章说明在移植过程中新增编写和基于原 Zynq BSP 修改的文件。其中一部分是工具链相关的汇编 port 文件，另一部分是 FMQL 平台自己的 BSP 胶水层。这些文件的共同点是：它们都与具体硬件平台或编译工具链绑定，不能直接沿用 Zynq BSP 中对应文件。

4.1 新增的平台适配文件

1. cpu.h
   • 文件位置：ucos_common_v1_45/src/uC-CPU/ARM-Cortex-A/ARMv7-A/IAR/cpu.h
   • 本文件定义 ARMv7-A CPU port 的数据类型、堆栈格式、大小端配置、临界区进入/退出接口、内存屏障指令封装，以及若干底层汇编函数的声明。本工程移植时，参照了 Micrium 官方提供的 ARMv7-A GNU port 的接口定义与运行语义，将其按 IAR EWARM 编译器的语法规则重新编写，形成此 IAR 版本。
2. cpu_a.s
   • 文件位置：ucos_common_v1_45/src/uC-CPU/ARM-Cortex-A/ARMv7-A/IAR/cpu_a.s
   • 本文件是 cpu.h 中声明的底层 CPU 操作的汇编实现，包括关中断/开中断（含状态保存与恢复）、WFI/WFE 等待指令、前导零/尾随零计数（CLZ/RBIT+CLZ）、数据同步屏障（DSB）等。该文件以 GNU 版本 cpu_a.S 的功能语义为蓝本，按 IAR 汇编语法重新实现。
3. os_cpu.h
   • 文件位置：ucos_osiii_v1_45/src/uCOS-III/Ports/ARM-Cortex-A/ARMv7-A/IAR/os_cpu.h
   • 本文件是 uC/OS-III 与 ARMv7-A CPU port 的接口头文件，定义了异常编号、任务栈初始化接口、上下文切换相关声明等。其内容与工具链相关，同样必须选用 IAR 版本。
4. os_cpu_a_vfp-none.s
   • 文件位置：ucos_osiii_v1_45/src/uCOS-III/Ports/ARM-Cortex-A/ARMv7-A/IAR/os_cpu_a_vfp-none.s
   • 本文件是 uC/OS-III 最核心的 ARMv7-A 汇编 port，负责首次任务启动、任务切换、异常入口现场保存与恢复、调用 OS_CPU_ExceptHndlr() 进行中断分发，以及在中断退出时调用 OSIntExit() 检查是否需要任务切换。本文件是以 GNU 版本 os_cpu_a_vfp-none.S 的功能为基准，按 IAR 汇编语法重新编写而成的 IAR 版本。文件名的 vfp-none 后缀表示不保存 VFP 浮点上下文，这是当前工程的一个配置选择；如果后续任务使用硬浮点或 NEON 指令，需要重新评估该选项。
5. fmql_ucos_bsp.c
   • 文件位置：ucos_v1_45/src/fmql_ucos_bsp.c
   • 本文件是 FMQL 平台 BSP 适配层的核心 C 文件，它并非简单地“裁剪” Zynq 的某个文件，而是将 Zynq BSP 中分散在多个文件里的平台相关功能，统一在 FMQL 的硬件接口上重新实现。具体替代关系如下：
     • 替代 ucos_startup.c 中的启动流程函数：
       • UCOSStartup()：负责调用底层初始化、CPU_Init()、Mem_Init()、OSInit()，创建启动任务并启动调度器。
       • UCOSStartupTask()：作为启动任务实体，调用后续各项子初始化，最后跳转到用户主函数。
       • UCOS_StdInOutInit() 和 UCOS_PrintfInit()：在 FMQL 中为空实现，实际打印功能由 UCOS_Print/Printf 直接驱动硬件。
       • UCOS_Print() 和 UCOS_Printf()：用于调试追踪输出，FMQL 直接实现为调用 fmsh_print，替代了原版基于 outbyte 的输出方式。
     • 替代 ps7/ucos_impl.c 中的底层初始化：
       • UCOS_LowLevelInit()：FMQL 版本执行 init_platform()（更完整的板级初始化）和 UCOS_IntInit()，取代了 Zynq 版本的 Xil_DCacheFlush() + UCOS_IntInit()。
       • UCOS_StartupInit()：FMQL 版本为空实现，因为向量表安装已在汇编文件 ucos_cstartup.s 中完成，而 Zynq 版本需要调用 _install_ucos_vector_table()。
     • 替代 ps7/ucos_int_impl.c 中的 GIC 中断控制接口：
       • UCOS_IntInit()：负责初始化 GIC 中断控制器。Zynq 使用 XScuGic + Xil_Exception，FMQL 使用自研的 FGicPs 驱动完成初始化。
       • UCOS_IntSrcEn() / UCOS_IntSrcDis()：分别调用 FGicPs_Enable() / FGicPs_Disable() 使能或禁止指定中断。
       • UCOS_IntPrioSet()、UCOS_IntTargetSet()、UCOS_IntTypeSet()：通过 FGicPs_SetPriorityTriggerType() 和 FGicPs_InterruptMaptoCpu() 设置中断优先级、目标 CPU 和触发类型。
       • UCOS_IntVectSet()：一站式注册中断，调用 FGicPs_Connect() 绑定 ISR。
       • OS_CPU_ExceptHndlr()：由汇编异常入口调用，负责分发 IRQ/FIQ。Zynq 版本通过 switch 调用 IRQInterrupt()/FIQInterrupt()，FMQL 版本直接调用 FGicPs_InterruptHandler_IRQ() 或 FGicPs_InterruptHandler_FIQ()。
     • 替代 bsp/ps7/ucos_osiii_bsp.c 中的系统 tick 实现：
       • UCOS_TmrTickInit()：初始化系统时钟节拍定时器，FMQL 使用 TTC，Zynq 使用 SCU Timer，配置方式不同但功能等价。
       • UCOSTmrTickHandler()：作为定时器中断服务函数，清除中断标志并调用 OSTimeTick()。
     • 替代 ucos_printf.c 和 ucos_stdinout.c 中的打印与输入输出：
       • UCOS_Printf()：使用标准 vsnprintf() 格式化后调用 fmsh_print() 输出，替代原版的自定义格式解析和 outbyte 方式。
       • UCOS_Print()：直接调用 fmsh_print() 输出字符串。
       • UCOS_Read()：空实现，返回 0。
6. ucos_cstartup.s
   • 文件位置：ucos_v1_45/src/ucos_cstartup.s
   • 本文件是 FMQL 平台完整的 IAR 复位启动文件，提供 resetHandler 入口、异常向量表、各 CPU 模式栈初始化、CP15 系统控制寄存器配置、VFP 使能、VBAR 设置，最后跳转到 main。它与 Zynq 的 ucos_vectors.S 有本质区别：Zynq 版本仅提供向量表和安装函数，在运行时将向量表切换到 uC/OS 版本；而 FMQL 版本是芯片复位后的第一段执行代码，从复位入口开始完整接管启动流程。因此 IAR 链接配置中必须将程序入口指定为 resetHandler，并配合 a7_axisram.icf 链接脚本使用。

4.2 基于原文件修改的配置文件

以下文件是在原 Zynq BSP 对应文件基础上修改而来。修改分为两类：一类是平台相关的必要调整（如中断号、硬件初始化方式），另一类是根据当前应用需求对内核功能模块做裁剪。裁剪部分并非 FMQL 硬件强制要求，而是为了精简系统、减小资源占用；如果后续应用需要对应功能，可以重新打开。

1. cpu_cfg.h
   • 文件位置：ucos_common_v1_45/src/cpu_cfg.h
   • 本文件的主要修改包括：
     • 关闭 32 位和 64 位时间戳支持（CPU_CFG_TS_32_EN / CPU_CFG_TS_64_EN 设为 DEF_DISABLED），说明当前工程不依赖 uC/CPU 的时间戳模块。
     • 保持启用 ARM 汇编优化的前导零和尾随零计数（CPU_CFG_LEAD_ZEROS_ASM_PRESENT / CPU_CFG_TRAIL_ZEROS_ASM_PRESENT），使用 CLZ 和 RBIT+CLZ 指令实现，这也是 ARMv7-A port 的常规做法，并非 FMQL 特有。
     • 关闭缓存管理 API（CPU_CFG_CACHE_MGMT_EN = DEF_DISABLED）。当前 PL UART echo 应用不涉及 DMA 或 cacheable buffer 与外设共享，因此可以关闭；后续若使用 DMA、网络、USB、SD 卡等，需要重新启用并提供 FMQL 对应的 cache flush/invalidate 实现。
     • CPU_CFG_NVIC_PRIO_BITS 宏设为 4，该宏原本是 Cortex-M NVIC 控制器的配置项，在 Cortex-A7 + GIC 路径上没有实际作用，属于模板遗留配置，保留它不影响当前功能。
2. os_cfg.h
   • 文件位置：ucos_osiii_v1_45/src/os_cfg.h
   • 本文件主要对 uC/OS-III 内核功能模块进行开关控制。与 Zynq 模板相比，以下模块被关闭：
     • 事件标志组（OS_CFG_FLAG_EN = 0u）
     • 内存分区管理（OS_CFG_MEM_EN = 0u）
     • 消息队列（OS_CFG_Q_EN = 0u）
     • 任务消息队列（OS_CFG_TASK_Q_EN = 0u）
     • 软件定时器（OS_CFG_TMR_EN = 0u，不影响 TTC 硬件 tick）
     • 任务私有寄存器（OS_CFG_TASK_REG_TBL_SIZE = 0u）
   • 保留开启的模块包括信号量（OS_CFG_SEM_EN = 1u）和互斥量（OS_CFG_MUTEX_EN = 1u），用于 PL UART 回显应用中的 ISR 与任务同步，以及控制台打印的互斥保护。
3. os_cfg_app.h
   • 文件位置：ucos_osiii_v1_45/src/os_cfg_app.h
   • 本文件与应用级配置相关。主要修改是将消息池容量设为 0（OS_CFG_MSG_POOL_SIZE = 0u），与消息队列裁剪保持一致。系统 tick 频率保持为 1000 Hz（OS_CFG_TICK_RATE_HZ = 1000u），空闲任务栈大小保持为 256 字，这两项与 Zynq 模板一致。
4. app_cfg.h
   • 文件位置：ucos_v1_45/src/app_cfg.h
   • 本文件是 FMQL 顶层 BSP 的应用配置头文件，与 Zynq 模板相比有以下新增和调整：
     • 新增启动任务参数：UCOS_START_TASK_PRIO 设为 5，UCOS_START_TASK_STACK_SIZE 设为 1024，以及 UCOS_START_DEBUG_TRACE 启用调试打印。这些宏被 fmql_ucos_bsp.c 直接使用。
     • 新增中断相关配置：UCOS_TICK_INT_PRIO 设为 0xA0（即 160），指定系统 tick 中断在 GIC 中的优先级；UCOS_GIC_CPU0_TARGET 设为 0x01，指定中断目标为 CPU0。
     • 关闭 APP_COMMON_ENABLED（设为 DEF_DISABLED），进一步精简对 µC/Common 通用模块的依赖。
5. ucos_bsp.h
   • 文件位置：ucos_v1_45/src/ucos_bsp.h
   • 本文件是 BSP 对应用层暴露的接口声明。与 Zynq 版本相比：
     • FMQL 版本只定义了三种简单类型宏（CPU 类型、UART 类型、系统定时器类型），没有引入 TCP/IP、Shell、文件系统、USB 等可选中间件相关的类型或声明。
     • 声明的 BSP 函数仅限于最基础的 9 个：UCOS_LowLevelInit、UCOS_StartupInit、UCOS_TmrTickInit、UCOSStartup、UCOS_StdInOutInit、UCOS_PrintfInit、UCOS_Print、UCOS_Printf、UCOS_Read。去除了 Zynq 版本中大量的可选中间件初始化函数声明（如 Shell、DHCP、DNS、HTTP、MQTT、Telnet、iPerf、USB 等）。
     • FMQL 版本只包含 cpu.h 和 lib_def.h，不依赖 ucos_impl.h 或 Xilinx 异常框架头文件，所有的平台实现细节都封闭在 fmql_ucos_bsp.c 内部。
6. ucos_int.h
   • 文件位置：ucos_v1_45/src/ucos_int.h
   • 本文件是中断接口声明头文件。与 Zynq 版本相比：
     • FMQL 版本只包含 cpu.h 和 lib_def.h，没有引入 xil_exception.h 或 ucos_int_impl.h，因此不依赖 Xilinx 的异常处理框架。
     • 在自身文件中直接定义了 UCOS_INT_FNCT_PTR（中断回调函数指针类型）和 UCOS_INT_TYPE（中断号类型），确保了头文件的完整性和自包含性。
     • Zynq 版本则将这两个类型的定义放在 ucos_int_impl.h 中，通过包含关系间接获取，与 Xilinx 的 Xil_InterruptHandler 类型绑定。

五、总结

从Zynq到FMQL的µC/OS-III移植，核心是平台相关代码的逐块替换，而非从头移植。关键工作包括：

1. 工具链适配：GNU汇编 → IAR汇编
2. 启动代码重写：ucos_vectors.S → ucos_cstartup.s
3. 中断控制器替换：XScuGic → FGicPs
4. 定时器替换：SCU Timer → FTtcPs
5. 打印输出替换：xil_printf → fmsh_print
6. 开发环境切换：SDK → Procise + IAR
   FMQL与Zynq同属Armv7架构，指令集兼容，这大大降低了移植难度。主要工作量集中在外设驱动层和工具链适配层。掌握Zynq上的移植流程后，对照替换上述模块，即可在FMQL平台上顺利运行µC/OS-III。