uC/OS-II嵌入式系統在C8051F060上的應用

隨著(zhù)集成電路的高速發(fā)展和CMOS工藝水平的不斷提高，系統級芯片SOC已經(jīng)開(kāi)始成為設計的主流。C8051F060單片機由美國Cygnal公司設計并制造，是一款完全集成的混合信號片上系統SOC，具有與MCS51內核及指令集完全相同的微控制器。在傳統的單片機開(kāi)發(fā)工作中，經(jīng)常遇到程序跑飛或是陷入死循環(huán)，尤其是其中牽扯到復雜的計算，只有耗費大量時(shí)間來(lái)慢慢分析。如果在系統中嵌入uCOS II實(shí)時(shí)操作系統，將使得調試程序變得簡(jiǎn)單，并大大增強系統的穩定性和可靠性。

　　1 uCOS II系統在C8051F060上的應用

　　要應用uCOS II系統，首先要做的就是在C8051F060上移植該系統；其次，在運行穩定正常的系統上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。另外，還需要一個(gè)面向C8051F060的C編譯器作為系統工作的環(huán)境。筆者使用的是Keil軟件公司的Keil uVision3 V8.09，支持C和匯編混合編程。

　　1.1在C8051F060上移植uCOS II系統

　　移植的主要工作就是以C8051F060為處理器.修改與C8051F060相關(guān)的幾個(gè)文件

　　(1)修改INCLUDES.H文件

　　對于C8051F060.筆者在INCLUDES.H中增加的頭文件放在頭文件列表的最后：

　　#include os_cpu.h

　　#include os_cfg.h

　　#include ucos_ii.h

　　(2)修改OS CPU.H文件

　　為確保C8051F060系統在KEIL環(huán)境下正常運行.在OS_CPU.H重新定義了一系列與C8051F060和KEIL編譯器相關(guān)的數據結構、宏和常數。

　　重新定義的數據結構中要特別注意的是，

　　C8051F060單片機中堆棧是按字節操作的，堆棧數據類(lèi)型OS_STK聲明為8位：

　　typedef unsigned char OS_STK; /*定義堆棧寬度為8位*/

　　typedef unsigned char OS_CPU_SR;

　　C8051F060單片機中，堆棧是從低地址向高地址增長(cháng)的，所以OS_STK_GROWTH =0

　　臨界段的宏的設置利用C8051F060單片機的開(kāi)中斷和關(guān)中斷指令來(lái)實(shí)現：

　　#define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0

　　#define OS_EXIT CRITICAL() EA=1

　　OS_TASK_SW() 函數的定義：#define Os_TASK_SW() OSCtxSw()

　　(3)修改OS_CPU_A.ASM文件

　　用戶(hù)需要編寫(xiě)4個(gè)函數的代碼：OSSTartHihgRdv()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。另外，由于C8051F060在內部RAM上有所欠缺.需要利用外部程序存儲空間作任務(wù)堆棧映像。函數代碼實(shí)現方法如下：

　?、倬帉?xiě)OSSTartHihgRdy()函數

　　獲得將要恢復運行的就緒任務(wù)的堆棧映像的最低地址，并計算出堆棧長(cháng)度，然后向系統堆棧復制數據、堆棧指針SP和堆棧映像指針?C_XBP，最后利用中斷返回。

　?、诰帉?xiě)OSCtxSw()函數

　　先從當前任務(wù)的TCB控制塊中獲得當前任務(wù)堆棧長(cháng)度和堆棧映像指針，然后將系統堆棧的內容復制到任務(wù)堆棧映像，最后獲得將要恢復運行的就緒任務(wù)的TCB，程序跳至OSSTartHihgRdy()函數的入口，實(shí)現任務(wù)的切換。

　?、劬帉?xiě)OSIntCtxSw()函數

　　OSIntCtxSw()函數代碼大部分與OSCtxSw()相同，不同之處在于：

　　此處不需要再保存C8051F060寄存器；

　　需要調整堆棧指針(SP=SP-4)，去掉在調用OSIntExit()，OSIntCtxSw()中壓入堆棧中的多余的內容，以使堆棧中只包含任務(wù)的運行環(huán)境。

　?、芫帉?xiě)OSTickISR()函數

　　用定時(shí)器0作中斷源.初始化定時(shí)器0使系統每秒中斷100次，節拍率Tick=100次/秒。

　　(4)修改OS_CPU_C.C文件 。

　　編寫(xiě)OSTaskStkInit()函數用來(lái)初始化堆棧。需要注意的是。筆者所用的KEIL編譯環(huán)境中，任務(wù)參數是通過(guò)寄存器R3、R2、R1傳遞，而不是通過(guò)虛擬堆棧傳遞。如：

　　*stk++=(INT16U)dpdata0xFF; //R1

　　*stk++=(INT16U)dpdata>>8; //R2

　　*stk++=0x03; //R3

　　1.2 系統測試

　　uCOS II系統移植完成以后，需要檢驗系統是否能運行正常。筆者參考了uCOS II系統的作者的測試方法進(jìn)行了3個(gè)步驟的測試：

　　驗證OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函數;

　　驗證OSCtxSw()函數;

　　驗證OSIntCtxSw()和OSTickISR()函數。

　　測試結果，系統在C8051F060上運行正常。

　　1.3 以C8051F060單片機為應用平臺的uCOS II系統的開(kāi)發(fā)

　　uCOS II系統穩定正常的運行以后，就可以依此為應用平臺進(jìn)行項目開(kāi)發(fā)。

　　有著(zhù)豐富資源的C8051F060單片機是比較新的混合信號片上系統SOC，從它的主要特性中可以看出，在滿(mǎn)足較大的外圍電路設計的同時(shí)，能大大簡(jiǎn)化電路。筆者所用的硬件環(huán)境是新華龍公司生產(chǎn)的C8051F MCU教學(xué)實(shí)驗系統，該系統上面集成了各類(lèi)傳感器、RS-485和RS232串行通訊口、步進(jìn)電機和直流電機控制器以及RJ-45以太網(wǎng)測控接口，整個(gè)系統利用串行適配器與PC進(jìn)行連接。

　　在軟件設計中，主函數均以OSInit()函數開(kāi)始,以OSStart()函數結束,中間部分為與硬件相關(guān)的系統初始化函數,以及建立任務(wù)的函數。對于應用程序的任務(wù)的建立,必須依照uCOS II系統中建立任務(wù)的格式,根據自己的需求來(lái)確定任務(wù)的個(gè)數,并且根據任務(wù)的重要程度和被調用的頻率來(lái)設置好優(yōu)先級,創(chuàng )建好任務(wù)后,在主函數外面分別列出各個(gè)任務(wù)函數,每個(gè)任務(wù)函數都是一個(gè)無(wú)限循環(huán)程序,在無(wú)限循環(huán)中調用實(shí)現某些功能的應用程序函數,然后按設計的需求設置掛起方式和掛起時(shí)間。中斷服務(wù)子程序最好用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，并放入OS_CPU_A.ASM文件中。而C語(yǔ)言編寫(xiě)的應用程序則放在OS_CPU_C.C文件中，這些函數供主函數和任務(wù)調用。

　　軟件設計好后，就可以和硬件連接起來(lái)進(jìn)行調試了。

　　2 結語(yǔ)

uCOS II實(shí)時(shí)操作系統的應用日益廣泛，處理器嵌入操作系統系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)也成必然趨勢，并能充分體現其優(yōu)越性。筆者已經(jīng)成功的將uCOS II系統移植到C8051F060單片機上，并成功運用到多功能電子萬(wàn)年歷的設計中，使得萬(wàn)年歷系統更加穩定可靠，取得了預期效果。