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在嵌入式應用中,使用RTOS的最主要原因是提高系統的可靠性,其次是提高開發效率、縮短開發周期。μC/OS-II 是一個基于優先級的搶占式實時內核,支持56 個用戶任務,90%的代碼使用標準的ANSI C語言書寫,程序可讀性強,移植性好,代碼可固化,可裁剪,非常靈活。C8051F是美國Cygnal公司生產的與51系列兼容的微控制器,流水線指令結構70%的指令的執行時間為1個或2個系統時鐘周期。當時鐘頻率為25MHz時,速度可達25MIPS,是一款不錯的片上系統。 1 開發工具和運行環境 實現μC/OS-II的移植,要求所用的C編譯器支持混合編程。KEIL C51可為眾多的8051派生器件編程。我們選用的是KEIL7.02集成開發環境,仿真板基于C8051F015芯片。 2 移植中所需修改的文件 和CPU相關的文件主要有三個,分別是匯編文件OS_CPU_A.ASM、C語言文件 OS_CPU_C.C和頭文件OS_CPU.H。 2.1 OS_CPU.H文件 OS_CPU.H文件中定義了數據類型及與硬件相關的基本信息。其中改動部分如下： typedef unsigned char OS_STK; /* 堆棧的寬度為8位 */ OS_CPU_EXT INT8U IE_SHADOW; #define OS_ENTER_CRITICAL() IE_SHADOW = IE; IE &= 0x7F /* 關中斷 */ #define OS_EXIT_CRITICAL() IE = IE_SHADOW /* 恢復中斷 */ #define OS_STK_GROWTH 0 #define OS_TASK_SW() OSCtxSw() 在C8051F中,堆棧都是按字節操作的,故數據類型OS_STK聲明為8位。方向從低地址向高地址方向遞增,所以OS_STK_GROWTH設置為 0。μC/OS-II在進入系統臨界代碼區之前要關中斷,等到退出臨界區后再打開,以保護核心數據不被多任務環境下的其它任務或中斷破壞。開、關中斷可通過設置SFR中的中斷屏蔽位實現。在關中斷時,先將IE的內容保存在全局變量IE_ SHADOW中,然后關中斷;退出臨界區時,還原IE_SHADOW的值。OS_TASK_SW()用來實現任務切換。就緒任務的堆棧初始化應該模擬一次中斷發生后的樣子,堆棧中應該按入棧次序設置好各個寄存器。OS_TASK_SW()函數模擬一次中斷過程,在中斷返回的時候進行任務切換。由于 C8051F015沒有軟中斷,故直接定義宏OS_TASK_SW()為函數OSCtxSw()。 2.2 OS_CPU_A.ASM文件 編譯器將每個文件作為一個模塊,編譯模塊以主名命名,稱為編譯模塊名,用NAME 來聲明。因此,應在文件頭部聲明NAME OS_CPU_A。 函數有程序部分和局部變量部分,它們分別放在獨立的段中。在大模式下,段名聲明的固定格式為 ?PR?函數名?模塊名 SEGMENT CODE。因此需要將OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()用上面的格式一一聲明。如?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A SEGMENT CODE,本模塊實現的函數需要用PUBLIC聲明,如PUBLIC OSStartHighRdy等。 C51將所有定義說明的數據標識符轉換為大寫字符,對函數則根據有無寄存器參數傳送和函數是否可重入進行換名,如：void OSIntEnter(void) reentrant函數的名字OSIntEnter換成_?OSIntEnter。這些規則可從編譯后的LST文件中看出。程序中聲明引用的五個全局變量為OSTCBCur、OSTCBHighRdy、OSRunning、OSPrioCur、OSPrioHighRdy,聲明格式是EXTRN IDATA (OSTCBCur)等。調用四個外部子程序OSTaskSwHook()、OSIntEnter()、OSIntExit()、 OSTimeTick(),固定格式為：EXTRN CODE (_?OSTaskSwHook)等。 由于C8051F的堆棧指針只有8位,只能指向內部數據區的256個字節,因此,當前運行的任務的堆棧在IDATA區,堆棧大小為40H(64字節),堆棧起點由KEIL決定。通過標號可以獲得KEIL分配的SP起點,代碼如下： ?STACK SEGMENT IDATA RSEG ?STACK OSStack: DS 40H OSStkStart IDATA OSStack-1 為簡化子程序特定義壓棧出棧宏。壓棧的次序為PSW、ACC、B、DPL、DPH、R0~R7,出棧的次序與入棧相反。 PUSHALL MACRO IRP REG, <  SW,ACC, B, DPL, DPH, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7>PUSH REG ENDM POPALL MACRO IRP REG, <7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, DPH, DPL, B, ACC, PSW> POP REG ENDM 具體函數的修改部分見本刊網絡補充版（http://www.dpj.com.cn）。 2.3 OS_CPU_C.C文件 移植μC/OS-II 需要在OS_CPU_C.C中定義六個函數,而實際上需要定義的只有OSTaskStkInit()一個函數。該函數用來初始化任務的堆棧。初始狀態的堆棧只須初始化?C_XBP (仿真堆棧指針)、任務地址及堆棧的長度。由于只有INC DPTR指令,故返回棧的最低地址,且最低地址處存放棧的長度,方便用匯編語言實現任務的切換。堆的大小可根據任務的實際情況自行確定,由參數 ppdata所指的值確定。 void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *ppdata, void *ptos, INT16U opt) reentrant { OS_STK *stk; INT8U HeapSize; HeapSize=*(INT8U *)ppdata; opt = opt; stk = (OS_STK *)ptos+HeapSize+2; *stk++ = 15; *stk++ = (INT16U)task & 0xFF; *stk++ = (INT16U)task >> 8; stk = (OS_STK *)ptos+HeapSize+2; *--stk = (INT16U) (ptos+HeapSize-1) >> 8; *--stk = (INT16U) (ptos+HeapSize-1) & 0xFF; return ((void *)stk); } 3 可重入函數 因為51系列堆�？臻g的限制, KEIL編譯器沒有像大系統那樣使用調用堆棧。一般C語言調用過程中,會把過程的參數和使用的局部變量入棧。為了提高效率,編譯器沒有提供這種堆棧,而是提供一種壓縮棧,每個過程被給定一個空間用于存放局部變量。過程中的每個變量都放在這個空間的固定位置,當遞歸調用這個過程時,會導致變量被覆蓋。編譯器允許將函數定義成可重入函數,由reentrant關鍵字指定,可重入函數可被單獨保存。因為這些堆棧是模擬的,可重入函數一般都比較大,運行起來也比較慢。模擬棧不允許傳遞bit類型的變量,也不能定義局部位標量。移植中最好是將可能被多個任務使用的函數定義成可重入函數。 參考文獻 1 Labrosse Jean J. μC/OS-II源碼公開的實時嵌入式操作系統. 邵貝貝譯. 北京：中國電力出版社, 2001 2 www.ucos-ii.com;www.xhl.com.cn;www.laogu.com 作 者：華中科技大學 江平新 容太平 來 源：單片機與嵌入式系統應用 2003（9） |
