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μC/OS-Ⅱ是一個源代碼公開的嵌入式實時操作系統（RTOS）,該操作系統理論上最多可以管理64個任務,一般應用時需要留出8個任務給系統本事使用，因此用戶的應用程序最多可以有56個任務，μC/OS-Ⅱ的內核為完全可剝奪型實時內核，即系統總是運行就緒條件下優先級最高的任務,并支持信號量、郵箱、消息隊列等多種進程間通訊機制，同時用戶可以根據需求通過條件編譯實現對內核中的功能模塊的裁剪，此外μC/OS-Ⅱ 還具有可固化、中斷管理、高穩定性和可靠性等特點，因此將μC/OS-Ⅱ移植到微處理器（MCU）上, 對于縮減產品開發和升級周期，提高可靠性和穩定性,降低成本方面有著重要的意義。以下主要討論嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ在MSP430F149上的移植。 1 基于16位微處理器MSP430F149的硬件應用系統 1．1 MSP430F149的特點與功能結構 MSP430F149是美國德州儀器（TI）公司推出的16位微處理器，它的低功耗特別低，支持1.8～3.6V電壓供電，全速運行時的電流僅為280μA，休眠狀態微處理器的電流只有0.1μA；支持五中省電模式，同時具有很快的喚醒速度，喚醒時間只為6μS；片內集成12位A/D轉換器，兩種定時器（timer_A和timer_B），UART通訊端口2個，比較器等，滿足了大多數嵌入式儀器的應用需求。最重要的是MSP430F149程序存儲器有60K并支持JTAG仿真，真正實現了在線仿真調試，方便了嵌入式實時操作系統的移植。 1．2 用于移植μC/OS-Ⅱ的硬件電路 這里為了方便說明μC/OS-Ⅱ在MSP430F149上的移植，構建了基于微處理器MSP430F149的簡單硬件系統，主要由三部分構成：電源，處理器及其JTAG仿真，RS232通訊接口。 電源部分主要提供穩定電壓＋5V和＋3.3V，＋5V用于給RS232串行通訊端口控制電路供電，＋3.3V是微處理器MSP430F149的供電電壓。用于移植嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ 主體硬件部分是由微處理器MSP430F149及其JTAG仿真和RS232通訊接口控制器MAX232構成，其硬件電路原理圖如圖1所示。 圖1 微處理器系統硬件原理圖 2 μC/OS-Ⅱ的移植 2．1 嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的可移植性 嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ絕大部分源代碼是用移植性很強的ANSI C寫成的，與微處理器硬件相關的部分是用匯編語言寫成的。與微處理器硬件相關的匯編語言已經壓縮到最低限度，因此μC/OS-Ⅱ可以移植到目前主流的所有微處理器上。 2．2 選擇移植所用的編譯環境 移植μC/OS-Ⅱ到MSP430F149上需要一個標準的C交叉編譯器，當然該編譯器是針對微處理器MSP430F149的，即編譯器能夠將標準的C代碼編譯成MSP430F149能夠執行的機器碼。同時，μC/OS-Ⅱ是完全可剝奪型內核，只能通過C編譯器來產生可重入型代碼。C編譯器還應該支持匯編語言，這是因為一些對CPU寄存器的操作只能通過匯編語言來實現。在微處理器MSP430F149的開發工具中，IAR Embedded Workbench for MSP430能夠完全符合這些移植要求，該集成編譯環境還具有軟件仿真等功能，故選用它作為移植用的編譯器。 2．3 μC/OS-Ⅱ移植到MSP430F149上的步驟 從μC/OS-Ⅱ的軟硬件體系結構可以看到，與處理器相關的代碼主要是OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C這三個文件，移植的過程也就是對這三個文件的編寫。 OS_CPU.H包括了用＃define語句定義的、與處理器相關的常數、宏及類型。其中，重點是實現臨界段代碼保護函數OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()，函數OS_ENTER_CRITICAL()實現的是關中斷，函數OS_EXIT_CRITICAL()實現的是開中斷。和所有的實時內核一樣，μC/OS-Ⅱ 需要先關中斷再處理臨界段代碼，并在處理完畢后重新開中斷，這就使得μC/OS-Ⅱ 能夠保護臨界段代碼免受多任務或中斷服務子程序的破壞。 OS_CPU_A.ASM文件中需要編寫4個簡單的匯編語言函數： 函數OSStartHighRdy()是使就緒態任務中優先級最高的任務開始運行，基于MSP430F149的代碼實現如下： 函數OSCtxSw()是在一般運行情況下實現任務的切換，即，讓優先級最高的任務獲得CPU控制權，實現代碼如下： 函數OSIntCtxSw()是實現在中斷服務子程序中任務切換的功能，具體代碼如下： 函數OSTickISR()是系統時鐘節拍中斷服務程序，其執行頻率在10～100Hz，主要功能是檢查是否有由于延時而被掛起的任務成為就緒任務, 如果有就調用OSIntCtxSw()進行任務切換, 從而運行高優先級的任務。 OS_CPU_C.C文件中，需要寫10個C語言函數，唯一需要的是編寫堆棧初始化函數OSTaskStkInit()，其他的9個函數只要聲明，并不一定要包含任何代碼。由于MSP430F149的堆棧是從上往下遞減的，故堆棧初始化函數OSTaskStkInit()實現代碼為： 至此，μC/OS-Ⅱ在MSP430F149上的移植就已經完成，可以建立多任務應用程序來測試嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ了。 3 測試移植代碼 3．1 測試內核自身的運行狀況 通過測試內核自身的運行狀況來驗證移植的成功與否，可以避免把應用軟件和內核的問題混在一起，使問題更加復雜化。如果在測試內核自身運行狀況時有問題，就是內核的問題，排除了應用軟件代碼的問題。這里通過依此驗證OSTaskStkInit()和文件OS_CPU_A.ASM中的OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()四個函數來證明內核是移植成功的。 3．2 建立多任務應用程序驗證系統的移植成功 本系統建立了兩個任務來測試μC/OS-Ⅱ是否成功移植到MSP430F149，它們是： 任務一：從MSP430F149 A/D采樣通道0采樣 OSTaskCreate(ADTask, (void *)0, &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE - 1], 1); 任務二：RS232串口與上位機通訊 OSTaskCreate(UartTask, (void *)0, &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE - 1], 2); 測試主要實現功能是將的A/D采樣任務得到的數據通過RS232串口發送給上位機，實驗證明，利用精密可調電阻改變MSP430F149 A/D采樣通道0的模擬輸入電壓量，上位機端收到的數據也做相應的變化，證明嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ在MSP430F149移植是成功的。 4 結論 μC/OS-Ⅱ是比較小而完善的嵌入式實時操作系統，本文成功將μC/OS-Ⅱ移植到微處理器MSP430F149上，并實現了多任務運行，這對在中低檔微處理器、單片機上構建和應用嵌入式實時操作系統有著一定的意義，同時讓基于這些微處理器開發的嵌入式系統具有運用嵌入式實時操作系統所帶來的不可替代的優勢。 |
