μC／OS-II在51單片機(jī)上的移植
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4．1 任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()
此函數(shù)是在任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreat()或OSTaskCreatExt()中調(diào)用的。因?yàn)橄到y(tǒng)為每個(gè)任務(wù)申請(qǐng)了一個(gè)數(shù)組作為棧，當(dāng)一個(gè)任務(wù)運(yùn)行時(shí)，就把堆棧指針指向本任務(wù)的棧，任務(wù)堆棧初始化函數(shù)就是在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)將要?jiǎng)?chuàng)建任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化。但C51的堆棧指針SP是8位的，只能在片內(nèi)RAM的256個(gè)字節(jié)內(nèi)尋址。因其尋址空間有限且SP唯一，不能像DSP或ARM那樣為每一段程序或每一種模式定義堆棧，需小心管理堆?？臻g。為了適應(yīng)上述情況，需要換一種思路，不是讓SP去指向各任務(wù)堆?？臻g，而是把各任務(wù)堆?？臻g的內(nèi)容復(fù)制到系統(tǒng)棧中。至于堆棧數(shù)組空間要有多大以及堆棧數(shù)組空間里放些什么內(nèi)容，可以借鑒keil中中斷函數(shù)的壓棧情況，當(dāng)中斷函數(shù)不指定寄存器組時(shí)，編譯器一般將PC、ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7寄存器入棧，其中PC和DPTR是雙字節(jié)的，其它都是單字節(jié)的，一共15個(gè)字節(jié)，所以把堆棧數(shù)組設(shè)計(jì)成至少15個(gè)字節(jié)的，以保證任務(wù)所用的寄存器都在堆棧數(shù)組中包含著。因?yàn)槊總€(gè)數(shù)組里放的是寄存器的值，在此就把這每個(gè)任務(wù)的堆棧數(shù)組叫做寄存器數(shù)組，暫且把寄存器數(shù)組設(shè)計(jì)成15個(gè)字節(jié)，依次存放PC、ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7。
函數(shù)OSTaskStkInit()傳遞4個(gè)參數(shù)，第1個(gè)參數(shù)task是所創(chuàng)建任務(wù)的起始地址，這個(gè)參數(shù)須保存到PC在寄存器數(shù)組的對(duì)應(yīng)位置，第2個(gè)參數(shù)ppdata是所創(chuàng)建任務(wù)的參數(shù)，C51規(guī)則中用R1～R3來(lái)傳遞參數(shù)指針，這個(gè)參數(shù)須存放到R1～R3在寄存器數(shù)組中的對(duì)應(yīng)位置。第3個(gè)參數(shù)ptos是棧底指針，從當(dāng)前地址開(kāi)始初始化堆棧指針，第4個(gè)參數(shù)opt是附加參數(shù)，一般不用。
4．2 運(yùn)行等待任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高任務(wù)函數(shù)OSStartHighRdy()
此函數(shù)在啟動(dòng)操作系統(tǒng)函數(shù)OSStart()的最后一行調(diào)用，且此函數(shù)不返回，經(jīng)過(guò)此函數(shù)后μC／OS接管系統(tǒng)。OSStartHighRdy()不是去調(diào)用用戶任務(wù)函數(shù)，而是讓PC指針指向任務(wù)函數(shù)首地址。且任務(wù)函數(shù)的傳遞參數(shù)只有一個(gè)，若此參數(shù)正確，則可保證任務(wù)函數(shù)運(yùn)行正確。在調(diào)用OSStartHighRdy()之前OSStart()已經(jīng)把最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的任務(wù)表準(zhǔn)備好了，只要把最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)表的數(shù)據(jù)恢復(fù)到堆棧中，再執(zhí)行返回指令即可，以上最關(guān)鍵的是如何讓其返回到最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)中而不是返回到被調(diào)函數(shù)中。
當(dāng)函數(shù)OSStart()調(diào)用函數(shù)OSStartHighRdy()時(shí)，斷點(diǎn)地址入棧；當(dāng)OSStartHighRdy()執(zhí)行完之后，返回?cái)帱c(diǎn)。在OSStartHighRdy()中把SP及SP-1的值改為最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的地址，這樣OSStartHighRdy()就會(huì)返回到最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)中去運(yùn)行。
4．3 任務(wù)級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)OSCtxSw()
此函數(shù)是保存當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，然后運(yùn)行處于就緒態(tài)中的最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)。前面介紹過(guò)不是更改SP去指向寄存器數(shù)組，而是把寄存器數(shù)組的數(shù)復(fù)制到堆棧中。先看下一般的情況，在用戶任務(wù)MyTask(void*ppdtat)中調(diào)用TimeDly()，TimeDly()中調(diào)用OSSched()，在OSSched()中有一個(gè)宏OS_TASK_SW()，這個(gè)宏的目的是讓程序進(jìn)人函數(shù)OSCtxSw()。參看圖1，就如Fun4為OSCtxSw()，F(xiàn)un3為OSSched()，F(xiàn)un2為TimeDly()，F(xiàn)un1為MyTask()。ADD_D存的是OSSched()的斷點(diǎn)，ADD_C為TimeDly()的斷點(diǎn)，ADD_B為MyTask()的斷點(diǎn)。如果進(jìn)行任務(wù)切換，應(yīng)該把高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的地址值賦給ADD_B(即SP-4與SP-5)。
以上考慮的是最簡(jiǎn)單的情況，當(dāng)任務(wù)比較復(fù)雜時(shí)，可能更改了ACC、PSW、DPTR或R0～R7的值，在進(jìn)入高優(yōu)先任務(wù)時(shí)，寄存器并不是此任務(wù)的寄存器值，運(yùn)行的結(jié)果可能不正確。
在上述情況下如何保證CPU寄存器的值正確，要分兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是把CPU寄存器值保存到要掛起任務(wù)的寄存器數(shù)組中，當(dāng)剛進(jìn)入OSCtxSw()時(shí)，CPU寄存器的值是要掛起任務(wù)的寄存器值，所以一開(kāi)始就要鎖定CPU寄存器的值。如果OS_TASK_SW()定義為中斷的話，在進(jìn)入OSCtxSw()時(shí)，CPU寄存器的值被自動(dòng)壓棧；如果把OS_TASK_SW()定義為函數(shù)時(shí)，在進(jìn)入函數(shù)時(shí)使用內(nèi)嵌匯編的方法把CPU寄存器入棧。這時(shí)堆棧中又壓入了13個(gè)字節(jié)，就如在圖1的ADD_D上又壓入了13個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后從堆棧中把值取出來(lái)放到相應(yīng)任務(wù)的寄存器數(shù)組中。第二個(gè)階段是把將要執(zhí)行任務(wù)的寄存器數(shù)組的值復(fù)制到堆棧中。此時(shí)PC指針在堆棧中對(duì)應(yīng)的位置是SP-17與SP-18，SP到SP-12的13個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7。
4．4 中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)OSIntCtxSw()
此函數(shù)和上一個(gè)函數(shù)基本思想一致，都要保存當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，運(yùn)行處于就緒態(tài)中的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。二者的不同在于，上個(gè)函數(shù)的堆棧中SP-17與SP-18是PC值的位置，SP到SP-12是13個(gè)寄存器的位置。當(dāng)中斷來(lái)時(shí)，在中斷中調(diào)用函數(shù)OSIntExit()，函數(shù)OSIntExit()調(diào)用函數(shù)OSIntCtxSw()，在OSIntCtxSw()中實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。在進(jìn)入函數(shù)OSIntExit()之前寄存器的值已經(jīng)入棧，所以運(yùn)行到本函數(shù)時(shí)堆棧中SP-17與SP-18是PC值的位置。SP-4到SP-16是13個(gè)寄存器的位置。在圖1上，上個(gè)函數(shù)的13個(gè)寄存器的值被壓入ADD_D上面的13個(gè)字節(jié)中，而本函數(shù)是在ADD_B于ADD_C之間壓入的這13個(gè)寄存器。
4．5 周期節(jié)拍中斷函數(shù)OSTickISR()
這個(gè)函數(shù)是給系統(tǒng)提供一個(gè)節(jié)拍，一般每秒10～100次。如果節(jié)拍頻率太高，μC／OS系統(tǒng)會(huì)占用大量硬件資源；如果太低，任務(wù)間的切換又會(huì)很慢。
此函數(shù)首先要保證產(chǎn)生一個(gè)周期性的中斷，可以使用硬件定時(shí)器，也可以從交流電中獲得50／60Hz的時(shí)鐘頻率。這個(gè)函數(shù)至少要做3件事：1)進(jìn)入中斷時(shí)，把中斷嵌套層數(shù)計(jì)數(shù)器加1，說(shuō)明又進(jìn)入一次中斷，也可以直接調(diào)用OSIntEnter()函數(shù)；2)調(diào)用時(shí)鐘節(jié)拍函數(shù)OSTimeTick()，告知系統(tǒng)又經(jīng)過(guò)了一個(gè)節(jié)拍；3)調(diào)用OSIntExit()函數(shù)，說(shuō)明要退出中斷了，此函數(shù)會(huì)自動(dòng)處理。
5 結(jié)束語(yǔ)
文中闡述了在堆?？臻g有限的51單片機(jī)上運(yùn)行μC／OS-II系統(tǒng)的移植過(guò)程，利用系統(tǒng)棧SP作為數(shù)據(jù)交換的樞紐。在實(shí)際應(yīng)用中，如果用系統(tǒng)棧來(lái)移植，只需根據(jù)文中的基本思想進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膶懀纯蛇\(yùn)行于其他處理器上。如果處理器的堆棧指針尋址空間足夠大，也可以為每個(gè)任務(wù)開(kāi)辟一個(gè)棧，通過(guò)改變堆棧指針指向不同任務(wù)的?？臻g，來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。
通過(guò)在51單片機(jī)上的運(yùn)行，可以看出μC／OS-II也能在堆?？臻g比較少的CPU上運(yùn)行。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/171557.htm
評(píng)論