實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS－Ⅱ在單片機(jī)上的移植

Intel的80196KC系列單片機(jī)在中國(guó)國(guó)內(nèi)有很大一批用戶。支持 80196KC的C 編譯器生產(chǎn)廠商主要有Tasking和IAR。但國(guó)內(nèi)使用Tasking公司C編譯器的用戶較多。由于μC／OS－Ⅱ系統(tǒng)為源碼公開的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，因此是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要方法。但是，在μC／OS－Ⅱ網(wǎng)站上沒(méi)有現(xiàn)成的移植實(shí)例。因此，有必要進(jìn)行一次移植以使操作系統(tǒng)成為μC／OS－Ⅱ，這種移植采用的處理器為80196KC，而其編譯器為Tasking c 196。

1μC／OS－Ⅱ的工作原理

μC／OS－Ⅱ是一個(gè)源碼公開的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其工作流程如圖1所示。圖中，任務(wù)切換的核心是利用出棧指令將各個(gè)任務(wù)的工作現(xiàn)場(chǎng)再現(xiàn)，并利用子程序返回指令改變PC指針以完成任務(wù)的切換。移植的關(guān)鍵是如何構(gòu)造任務(wù)堆棧及任務(wù)切換時(shí)的出棧順序。任務(wù)區(qū)堆棧初始化主要是模擬任務(wù)被中斷后的堆棧內(nèi)容。

2 80196KC的工作狀態(tài)

8 0196KC是Intel公司的16位單片機(jī)，和程序運(yùn)行密切相關(guān)的寄存器有指令計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針sp、程序狀態(tài)寄存器PSW、中斷屏蔽寄存器 INTMASK和INTMASK1以及窗口寄存器WSR（以下將程序狀態(tài)寄存器PSW、中斷屏蔽寄存器INTMASK和INTMASK1、窗口寄存器 WSR統(tǒng)稱為程序狀態(tài)字）。它們可在執(zhí)行子程序調(diào)用 call指令時(shí)自動(dòng)將pc進(jìn)棧，并在子程序返回調(diào)用RET指令時(shí)自動(dòng)將pc出棧。由于80196KC有16位的尋址能力，故這一動(dòng)作有2個(gè)字節(jié)進(jìn)（出）棧，其中push a指令將程序狀態(tài)字進(jìn)棧，pop a指令將程序狀態(tài)字出棧。這一動(dòng)作共有4個(gè)字節(jié)進(jìn)（出）棧。另外push a動(dòng)作會(huì)將PSW中的中斷允許位清零，故通常用push a關(guān)閉中斷，而用pop a恢復(fù)中斷允許。由于80196KC的時(shí)鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷，當(dāng)每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍到來(lái)時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)任務(wù)延時(shí)做一次裁決。因此，在這個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍可采用 80196KC中的軟件定時(shí)器中斷。

3 Taskingc編譯器的工作細(xì)節(jié)

帶參數(shù)的函數(shù)調(diào)用編譯后的主要操作是先將參數(shù)進(jìn)棧，然后執(zhí)行call指令。在函數(shù)入口處將堆棧中的參數(shù)倒入寄存器tmp0、tmp2、tmp4和tmp6以進(jìn)行操作（以下稱臨時(shí)寄存器）的原因主要是，堆棧一般位于RAM區(qū)，而對(duì)RAM區(qū)操作不如對(duì)寄存器操作快。如果該函數(shù)有局部變量，局部變量也是分配在堆棧中。Tasking c編譯器一般用一寄存器frame01（以下稱框架寄存器）對(duì)局部變量進(jìn)行訪問(wèn)，在函數(shù)返回時(shí)執(zhí)行ret操作，并對(duì)SP指針進(jìn)行調(diào)整，以跳過(guò)函數(shù)參數(shù)在堆棧中的位置。中斷調(diào)用和函數(shù)調(diào)用類似，中斷本身雖沒(méi)有參數(shù)，但進(jìn)中斷后要對(duì)臨時(shí)寄存器進(jìn)行保護(hù)。因此，應(yīng)在進(jìn)中斷后執(zhí)行push a操作，并在中斷返回時(shí)使臨時(shí)寄存器出棧（注意出棧順序），然后再次執(zhí)行pop a和ret操作。圖2所示為堆棧區(qū)的一般結(jié)構(gòu)。