在MOTOROLA A68K系列MCU上移植μC/OS-II

一、MC68K CPU簡(jiǎn)介

MC68K及68020、68040等的著名的MOTOROLA32位微處理器，和與之兼容的68K、CPU32、CPU32+等CPU擴(kuò)充定時(shí)處理單元TPU、隊(duì)列串行模塊QSM、系統(tǒng)控制模塊和RAM等組成MC683xx系列單片機(jī)。

CPU32 內(nèi)部有8個(gè)32位通用數(shù)據(jù)寄存器，8個(gè)32位通用地址寄存器。8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器可作為累加器使用，也可看成C語(yǔ)言中各種類(lèi)型的變量；8個(gè)通用地址寄存器，可作為變址寄存器使用，也可看成C語(yǔ)言中的指針型變量。CPU32有獨(dú)立的用戶(hù)堆棧指針和系統(tǒng)堆棧指針，可區(qū)分程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)區(qū)、用戶(hù)區(qū)等存儲(chǔ)空間，有7級(jí)中斷。

要實(shí)現(xiàn)μC/OS-II向MC68K的移值，需要有MC68K的C編譯器。我們使用的HIWARE公司的C編譯器。該C編譯器允許嵌入行匯編。

二、移植中所需修改的文件

和CPU相關(guān)的文件主要有三個(gè)：C語(yǔ)言文件OS_CPU32.C、頭文件OS_CPU32.H和匯編文件OS_CPU32.ASM。

1.INCLUDES.H文件

INCLUDES.H 是主頭文件，在所有后綴名為.C文件的開(kāi)始都包含INCLUDES.H文件。對(duì)于不同類(lèi)型的處理器，用戶(hù)需要改定INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。在安裝μC/OS-II的時(shí)候，附帶了幾個(gè)移植實(shí)例，例如，針對(duì)Intel 80x86的代碼安裝到IIL目錄。我們?yōu)镸C68K編寫(xiě)的移植實(shí)例都放在II下，在INCLUDES.H文件中增加有：
#include iiK_CPU32.ASM
#include iiK_CPU32.C
#include iiK_CPU32.H

2.OS_CPU32.H文件
OS_CPU32.H文件中定義了與硬件相關(guān)的基本信息：
typedef unsigned char INT8U； /*無(wú)符號(hào)8位數(shù)*/
typedef signed char INT8S； /*帶符號(hào)8位數(shù)*/
typedef unsigned int INT16U； /*無(wú)符號(hào)16位數(shù)*/
typedef signed int INT16S； /*帶符號(hào)16位數(shù)*/
typedef signed long INT32S； /*帶符號(hào)32位數(shù)*/
typedef unsigned int OS_STK； /*堆棧入口寬度為16位*/
#define OS_STK_GROWTH1 /*堆棧由高地址向低地址增長(zhǎng)*/
#define UCOS 0 /*用于任務(wù)切換的軟中斷*/
define OS_TASK_SW() _TRAP(UCOS)
#define OS_ENTER_CRITICAL() move.w#$2700,SR /*進(jìn)入臨界區(qū)*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() move.w #$2000,SR /*退出臨界區(qū)*/

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型

由于不同的處理器有不同的字長(zhǎng)，μC/OS-II的移植需要重新定義一系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于 MC68K為32位MCU，整數(shù)（int）類(lèi)型數(shù)據(jù)為16位，長(zhǎng)整開(kāi)有（long）為32位。在MC68K中堆棧都是按字進(jìn)行操作的，所以堆棧數(shù)據(jù)類(lèi)型 OS_STK聲明為16位。所有的堆棧必須用OS_STK聲明。

（2）代碼臨界區(qū)

μC/OS -II在進(jìn)入系統(tǒng)臨界代碼區(qū)之間要關(guān)中斷，等到退出臨界區(qū)后再打開(kāi)，從而保護(hù)核心數(shù)據(jù)不被多任務(wù)環(huán)境下的其他任務(wù)或中斷破壞。在MC68K中，開(kāi)關(guān)中斷可以通過(guò)設(shè)置狀態(tài)寄存器SR中的中斷屏蔽位來(lái)實(shí)現(xiàn)。μC/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL（）定義將狀態(tài)寄存器的中斷屏蔽位置位，屏蔽所有的七級(jí)中斷；OS_EXIT_CRITICAL（）定義將狀態(tài)寄存器的中斷屏蔽位清零，打開(kāi)所有的七級(jí)中斷。這種處理方法非常簡(jiǎn)單，但CPU32提供分級(jí)中斷機(jī)制得不到使用。如果要使用分級(jí)中斷，必須改寫(xiě)一些相關(guān)的函數(shù)，將在第4節(jié)中闡明。

（3）堆棧方向

MC68K處理器的堆棧是由高地址向低地址遞減的，所以O(shè)S_STK_GROWTH必須設(shè)置為1。

（4）OS_TASK_SW（）函數(shù)的定義

在μC/OS -II中，OS_TASK_SW（）用來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。就緒任務(wù)的堆棧初始化應(yīng)該模擬一次中斷發(fā)生后的樣子，椎棧中應(yīng)該按入棧次序設(shè)置好各個(gè)寄存器。 OS_TASK_SW（）函數(shù)模擬一次斷過(guò)程，在中斷返回的進(jìn)修進(jìn)行任務(wù)切換。CPU32有16個(gè)軟中斷可供選用，稱(chēng)為陷阱TRAP調(diào)用。中斷程序程序的入口必須指向匯編函數(shù)OSCtxSw()。

我們?cè)?mu;C/OS-II所提供的例程中使用的0號(hào)陷阱調(diào)用，由下面的語(yǔ)句完成定義：

#define OS_TASK_SW() -TRAP(UCOS)

3.OS_CPU32.ASM文件

μC/OS-II的移植需要用戶(hù)改寫(xiě)OS_CPU_A.ASM中的4個(gè)函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

（1）OSStartHighRdy()函數(shù)

該函數(shù)由OSStart()函數(shù)調(diào)用，功能是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的就緒態(tài)任務(wù)。在調(diào)用OSStart() 之前，用戶(hù)必須先調(diào)用OSInit()，并且已經(jīng)至少創(chuàng)建了一個(gè)任務(wù)。為啟動(dòng)任務(wù)，OSStartHighRdy（）首先找到當(dāng)前就緒的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，OSTCBHighRdy中保存有優(yōu)先級(jí)最高任務(wù)的任務(wù)控制塊（TCB）的地址，并從任務(wù)的任務(wù)控制塊中找到指向堆棧的指針，然后運(yùn)行指令 MOVEM.L（A7）+，A0-A6/D0-D7，從堆棧中彈出全部寄存器的內(nèi)容，運(yùn)行RTE中斷返回。由于任務(wù)創(chuàng)建時(shí)堆棧的結(jié)構(gòu)就是按中斷捕撈堆棧結(jié)構(gòu)初始化的，執(zhí)行RET指令后就切換到了新任務(wù)。有關(guān)μC/OS- II的任務(wù)切換機(jī)制，請(qǐng)參考系列計(jì)座（3）.
OSStartHighRdy的匯編代碼如下：
_OSStarHighRdy
MOVE.L（_OSTCBHighRdy），A1
；獲取最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur）
MOVE.L （A1），A7 ；取得堆棧指針
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7
RTE ；中斷返回，切換任務(wù)

（2）OSCtxSw( )函數(shù)

OSCtxSw( )是一個(gè)任務(wù)級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)（在任務(wù)中調(diào)用，區(qū)別于在中斷程序中調(diào)用的OSIntCtxSw()，在MC68K系統(tǒng)上，通過(guò)執(zhí)行一條軟中斷指令來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。軟中斷向量指向函數(shù)，而該函數(shù)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)可能造成系統(tǒng)任務(wù)重新調(diào)度（例如，試圖喚醒一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)），則在函數(shù)的末尾會(huì)調(diào)用OSSched ()，OSSched()將查找當(dāng)前就緒的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。如果不是當(dāng)前任務(wù)，則判斷是否需要進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，再找到該任務(wù)控制塊OS_TCB的地址，并將該地址拷貝到變量OSTCBHighRdy中，然后通過(guò)寵OS_TASK_SW（）執(zhí)行軟中斷，進(jìn)行任務(wù)切換。在此過(guò)程中，變量OSTCBCur始終包含一個(gè)指向當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)OS_TCB的指針。OSCtxSw()的匯編代碼如下：
_OSCtxSw
MOVEM.L A0-A6/D0-D7,-(A7) ;存儲(chǔ)當(dāng)前任務(wù)環(huán)境
MOVE.L （_OSTCBCur），A1 ；保存當(dāng)前任務(wù)TCB指針
MOVE.L A7，（A1）
MOVE.L （_OSTCBHighRdy），A1 ；獲取最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur） ；將就緒任務(wù)設(shè)置為當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)
MOVE.L （A1），A7 ；取得新任務(wù)的堆棧指針
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7 ；
RTE ；中斷返回，切換任務(wù)

（3）OSIntCtxSw()函數(shù)

在μC/OS -II中，由于中斷的產(chǎn)生可能會(huì)引起任務(wù)切換，在中斷服務(wù)程序的最后會(huì)調(diào)用OSICntExit()函數(shù)檢查任務(wù)就緒狀態(tài)。如果需要進(jìn)行任務(wù)切換，將調(diào)用 OSIntCtxSw()，所以，OSIntCtxSw()又稱(chēng)為中斷級(jí)的任務(wù)切換函數(shù)。由于在調(diào)用OSIntCtxSw()之前已經(jīng)發(fā)生了中斷， OSIntCtxSw()默認(rèn)CPU寄存器已經(jīng)保存在被中斷任務(wù)的堆棧了。OSIntCtxSw()的代碼與OSCtxSw()的大部分相同，不同之處是：第一，由于中斷已經(jīng)發(fā)生，此處不需要再保存CPU寄存器；第二，OSIntCtxSw()需要調(diào)整堆棧指針，去掉堆棧中一些不需要的內(nèi)容，以使堆棧中包含任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。
_OSIntCtxSw
ADDA #10，A7 ；忽略掉由于函數(shù)嵌套調(diào)
；用而壓入堆棧的內(nèi)容
MOVE.L （_CSTCBCur），A1 ；在TCB中保存當(dāng)前
；任務(wù)的堆棧指針
MOVE.L A7，（A1）
MOVE.L （_OSTCBHighRdy），A1
；獲取最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur） ；將就緒任務(wù)設(shè)備為當(dāng)前
；運(yùn)行任務(wù)
MOVE.L （A1），A7 ；取得堆棧指針
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7 ；
RTE ；中斷返回，切換任務(wù)