實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II在AT89S52上的移植

1 引 言

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是為微處理器或微控制器管理設(shè)計(jì)的底層軟件。在嵌人式應(yīng)用中，使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的最主要目的是增加系統(tǒng)的可靠性，提高開(kāi)發(fā)效率、縮短開(kāi)發(fā)周期。

μC/OS-II是一個(gè)可移植(portable)、可固化的(romable)和占先式的(preemptive)實(shí)時(shí)內(nèi)核，最多可以管理64個(gè)任務(wù)(用戶最多可以設(shè)計(jì)56任務(wù))。μC/oS-II的源代碼公開(kāi)，絕大部分代碼使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSIC：書寫，所以可以方便地移植到很多不同種類的處理器或控制器上。用戶可以免費(fèi)從相關(guān)網(wǎng)站下載源代碼。

目前，51系列的單片機(jī)在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。AT89S52是ATMEL公司利用51內(nèi)核生產(chǎn)的一款FLASH型8位微控制器。控制器內(nèi)部集成了8 kB的FLASH，256 B RAM，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，4組8位并行口，1個(gè)全雙工可編程串行口。

筆者在用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集器時(shí)，在編譯器KEIL環(huán)境下，成功地把μC/OS-II移植到AT89S52單片機(jī)上面。下面論述如何將μC/OS-II移植到AT89S52上。

2移植條件和必要步驟

μc/OS-II要求微處理器有堆棧指針、有CPU內(nèi)部人棧與出棧指令以及一定容量的硬件堆棧。AT89S52能夠滿足這些要求。

μC/OS-II在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮了可移植性。移植工作包括在OS CPU.H中設(shè)置1個(gè)常量、聲明幾個(gè)數(shù)據(jù)類型、聲明3個(gè)宏，在OS CPU C.C中寫6個(gè)簡(jiǎn)單的C函數(shù)，以及在OS CPU A.ASM中寫幾個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)。

3移植的主要過(guò)程

3.1 OS CPU.H的編寫

OS CPU.H需要規(guī)定棧的增長(zhǎng)方向。這里定義常量OS STK GROWTH為0，表明棧的增長(zhǎng)方向向上。

用戶要用到的變量類型應(yīng)該在這里定義，同時(shí)必須注意KEIL對(duì)C語(yǔ)言的擴(kuò)展。筆者只定義了以下幾種變量類型。

最后還需要聲明OS-TASK-SW()宏。

#define OS TASK SW() OSCtxSw()

3.2 OS CPU C.C中相關(guān)函數(shù)的編寫

在(OS CPU C.C)中要寫幾個(gè)C函數(shù)(OS CPUC.C)。這幾個(gè)C函數(shù)包括OSTaskStklnit()，OSTaskCreateHook()，OSTaskDelHook()，()STaskSwHook()，OSTaskStatHook()，OSTimeTickHook()。他們中除了OSTaskStkInit()外都是用戶根據(jù)自己的需要定義的，可以沒(méi)有任何內(nèi)容。下面著重討論OSTaskStklnit()。

函數(shù)OSTaskStklnit()由任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate()或()STaskCreateExt()，在建立每個(gè)任務(wù)的時(shí)候初始化任務(wù)堆棧。初始化后的任務(wù)堆棧看起來(lái)就像剛剛發(fā)生中斷一樣。開(kāi)始運(yùn)行這個(gè)任務(wù)就是模擬中斷返回，把初始化后堆棧的各個(gè)值恢復(fù)給各個(gè)寄存器。所以初始化任務(wù)堆棧就是在任務(wù)堆棧中模擬發(fā)生過(guò)1次中斷后的堆棧結(jié)構(gòu)，按照中斷后的進(jìn)棧次序預(yù)留各個(gè)寄存器的存儲(chǔ)空間，還要在這些存儲(chǔ)空間里面放上恰當(dāng)?shù)某踔?。用戶堆棧初始化時(shí)從下向上依次保存：用戶堆棧長(zhǎng)度，PCL，PCH，PSW，ACC，B，DPL，DPH，R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。

初始化任務(wù)棧的時(shí)候，需要傳遞任務(wù)代碼起始指針(task)、參數(shù)指針(pdata)、任務(wù)堆棧頂端的地址(就是堆棧棧頂指針ptos)。任務(wù)棧初始化完成后，返回1個(gè)新的堆棧棧頂指針，OSTaskcreate()或OSTaskCreateExt()將他保存到OS TCB中去。

OSTaskStklnit()的程序清單如下：

OS STK*OSTaskStklnit(void(*task)(void*pd)，void*

ppdata，OS STK *ptos，INTl 6U opt)reentrant

3.3 OS_CPU_A.ASM中相關(guān)函數(shù)的編寫

在OS CPU A.ASM中要寫幾個(gè)匯編語(yǔ)言的程序。這幾個(gè)匯編程序包括OSStARtHIghRdy()，OSTIckISR()，OSCtxSw()和OSIntCtxSw()。限于篇幅，筆者在這里只給出了OaNtARtHIghRdy()和OSTIckISR()的程序代碼。

這里先介紹4個(gè)宏：PUSHALL，POPALL，SAVESTFACK和RESTORESACK。PUSHALL的作用是把當(dāng)前所有寄存器的內(nèi)容以保存到系統(tǒng)棧中;POPALL的作用是在任務(wù)切換之前從系統(tǒng)堆?；謴?fù)所有的寄存器中的內(nèi)容;SAVESTACK的作用把系統(tǒng)棧的內(nèi)容保存到任務(wù)棧(片外RAM);RESTORESTACK的作用把任務(wù)棧的內(nèi)容復(fù)制到系統(tǒng)棧(片內(nèi))。在本設(shè)計(jì)中，由于AT89S52單片機(jī)的片內(nèi)RAM有限，所以把任務(wù)棧設(shè)計(jì)在了片外。

OSStARtHIghRdy()的作用是使處于就緒狀態(tài)的任務(wù)開(kāi)始運(yùn)行。在這個(gè)函數(shù)中調(diào)用鉤子函數(shù)OSTaskSwHook()，這個(gè)函數(shù)可以讓用戶擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。然后獲得優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)的指針，根據(jù)這個(gè)指針從要開(kāi)始運(yùn)行任務(wù)的任務(wù)堆棧中恢復(fù)所有寄存器，恢復(fù)完后執(zhí)行1次中斷返回(AT89S52單片機(jī)沒(méi)有直接改變PC的指令)，程序就開(kāi)始運(yùn)行就緒狀態(tài)任務(wù)了。OSStARtHIghRdy()的程序清單如下：

OSTIcKISR()μC/OS-Ⅱ中的時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序。μC/OS-Ⅱ需要用戶提供周期性信號(hào)源，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間延時(shí)和確認(rèn)超時(shí)。μC/OS-Ⅱ中的時(shí)鐘節(jié)拍服務(wù)是通過(guò)在中斷服務(wù)子程序OSTIcklSR()中調(diào)用OSTimeTick()來(lái)實(shí)現(xiàn)的。OSTIcklSR()的程序清單如下：

OSCtxSw()用在任務(wù)級(jí)的切換場(chǎng)合。當(dāng)需要從低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)切換到高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)時(shí)或當(dāng)前任務(wù)自動(dòng)放棄CPU時(shí)，先保存處理器的內(nèi)容到當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)堆棧。再調(diào)用鉤子函數(shù)OSTaskSwHook。然后從要開(kāi)始任務(wù)的任務(wù)堆棧里恢復(fù)所有寄存器和PC的值，最后執(zhí)行中斷返回指令開(kāi)始運(yùn)行新的任務(wù)。