μC/OS-II在80196KC單片機上的移植

關(guān)鍵詞：80196KC； uC/OS-II；Tasking C；移植

Ｉｎｔｅｌ的８０１９６ＫＣ系列單片機在中國國內有很大一批用戶(hù)。支持８０１９６ＫＣ的Ｃ編譯器生產(chǎn)廠(chǎng)商主要有Ｔａｓｋｉｎｇ和ＩＡＲ。但國內使用Ｔａｓｋｉｎｇ公司Ｃ編譯器的用戶(hù)較多。由于μＣ／ＯＳ－Ⅱ系統為源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)操作系統，因此是當前嵌入式系統開(kāi)發(fā)的主要方法。但是，在μＣ／ＯＳ－Ⅱ網(wǎng)站上沒(méi)有現成的移植實(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。

１　μＣ／ＯＳ－Ⅱ的工作原理

μＣ／ＯＳ－Ⅱ是一個(gè)源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，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)的工作現場(chǎng)再現，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)鍵是如何構造任務(wù)堆棧及任務(wù)切換時(shí)的出棧順序。任務(wù)區堆棧初始化主要是模擬任務(wù)被中斷后的堆棧內容。

２?。福埃保梗叮耍玫墓ぷ鳡顟B(tài)

８０１９６ＫＣ是Ｉｎｔｅｌ公司的１６位單片機，和程序運行密切相關(guān)的寄存器有指令計數器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統稱(chēng)為程序狀態(tài)字）。它們可在執行子程序調用ｃａｌｌ指令時(shí)自動(dòng)將ｐｃ進(jìn)棧，并在子程序返回調用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恢復中斷允許。由于８０１９６ＫＣ的時(shí)鐘節拍是特定的周期性中斷，當每個(gè)時(shí)鐘節拍到來(lái)時(shí)，系統將對任務(wù)延時(shí)做一次裁決。因此，在這個(gè)時(shí)鐘節拍可采用８０１９６ＫＣ中的軟件定時(shí)器中斷。

３?。裕幔螅耄椋睿?ｃ編譯器的工作細節

帶參數的函數調用編譯后的主要操作是先將參數進(jìn)棧，然后執行ｃａｌｌ指令。在函數入口處將堆棧中的參數倒入寄存器ｔｍｐ０、ｔｍｐ２、ｔｍｐ４和ｔｍｐ６以進(jìn)行操作（以下稱(chēng)臨時(shí)寄存器）的原因主要是，堆棧一般位于ＲＡＭ區，而對ＲＡＭ區操作不如對寄存器操作快。如果該函數有局部變量，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(chēng)框架寄存器）對局部變量進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，在函數返回時(shí)執行ｒｅｔ操作，并對ＳＰ指針進(jìn)行調整，以跳過(guò)函數參數在堆棧中的位置。中斷調用和函數調用類(lèi)似，中斷本身雖沒(méi)有參數，但進(jìn)中斷后要對臨時(shí)寄存器進(jìn)行保護。因此，應在進(jìn)中斷后執行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），然后再次執行ｐｏｐ ａ和ｒｅｔ操作。圖２所示為堆棧區的一般結構。

４　移植的細節

在ＯＳＴａｓｋＳｔｋＩｎｉｔ（）中，任務(wù)堆棧區的構造特點(diǎn)是８０１９６ＫＣ的堆棧區由高向低增長(cháng)，最高處是任務(wù)的入口參數，接著(zhù)是ＰＣ指針和程序狀態(tài)字。如前所述，任務(wù)切換時(shí)要對臨時(shí)寄存器和框架寄存器進(jìn)行保護。明確了任務(wù)堆棧的構造后，編寫(xiě)任務(wù)啟動(dòng)函數（指ＯＳＳｔａａｒｔ函數）和任務(wù)切換函數（指ＯＳ＿ＴＡＡＳＫ＿ＳＷ和ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ函數）的關(guān)鍵是，在得到了最高優(yōu)先級的任務(wù)堆棧指針后，如何按正確的順序出棧，直到ＰＣ指針。其中ＯＳ＿ＴＡＳＫ＿ＳＷ，函數在切換任務(wù)之前還要編寫(xiě)對當前任務(wù)的現場(chǎng)進(jìn)行保護的程序，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，不用，因為中斷函數用Ｃ寫(xiě)成，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，是在中斷中調用的，因此，Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ編譯器在進(jìn)中斷時(shí)已自動(dòng)對其保護。同時(shí)還應注意，由于在中斷服務(wù)程序中沒(méi)有定義局部變量，這使得Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ編譯器不能對框架寄存器進(jìn)行保護，因此，對這一寄存器的保護應在設計時(shí)自己加上。

＃ｐｒａｇｍａ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ

(ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ＝ＯＳ ＴＩＣＫ ＩＳＲ ＶＥＣＴＯＲ)

ｖｏｉｄ ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ(ｖｏｉｄ)

{

ａｓｍ ｐｕｓｈ ?ｆｒａｍｅ０１;

ＯＳＩｎｔＮｅｓｔｉｎｇ＋＋;

ｈｓｏ ｃｏｍｍａｎｄ＝０ｘ１９;

ＡＤ Ｔｉｍｅｒ Ｃｏｕｎｔ＋＝５０００;

ｈｓｏ ｔｉｍｅ ＝ ＡＤ Ｔｉｍｅｒ Ｃｏｕｎｔ;

ＯＳＴｉｍｅＴｉｃｋ();

ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ();

ａｓｍ ｐｏｐ?ｆｒａｍｅ０１;

}

還應注意，在其它中斷服務(wù)程序中，如果沒(méi)有定義局部變量，也應加上對框架寄存器的保護。如果有局部變量，編譯器會(huì )自動(dòng)對框架寄存器進(jìn)行保護。在編寫(xiě)ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ()函數時(shí)應當注意，由于ＯＳ-ＩｎｔＣｔｘＳｗ()是在ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()中調用的，且在調用ＯＳ-ＩｎｔＣｔｘＳｗ()之前又有一個(gè)關(guān)中斷的操作。因此，筆者采用ｐｕｓｈ ａ方式來(lái)關(guān)閉中斷，也就是說(shuō)，切換到另一高優(yōu)先級的任務(wù)后，會(huì )在當前任務(wù)中留下在ＯＳＩｎｔＣ-ｔｘＳｗ()和ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()調用的返回地址４個(gè)字節的垃圾和ｐｕｓｈａ關(guān)中斷時(shí)進(jìn)棧的４個(gè)字節垃圾（共８個(gè)字節）。因此，為了保證下次切換到該任務(wù)的正確性，應將ＳＰ指針加８，然后再進(jìn)行任務(wù)切換。為加深對此的理解，可以做一假設：如果８０１９６ＫＣ是２４位（３個(gè)字節）尋址能力，在當前任務(wù)中會(huì )留下ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ()和ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()調用的返回地址的６個(gè)字節的垃圾，如果關(guān)中斷直接采用ａｓｍ ｄｉ方式，而不牽扯到堆棧操作，此時(shí)ＳＰ應調整６個(gè)字節而不是８個(gè)字節。

５　正確性檢驗

圖３是一個(gè)點(diǎn)燈程序的主任務(wù)流程。其６個(gè)燈中的每一個(gè)點(diǎn)燈操作都是一個(gè)單獨任務(wù)。第一個(gè)燈每?jì)蓚€(gè)時(shí)鐘節拍做一次異或操作。如果ＬＥＤ１每執行２次異或操作向任務(wù)２發(fā)一信號量２?每執行３次異或操作向任務(wù)３發(fā)一信號量３?每執行４次異或操作向任務(wù)４發(fā)一信號量４，每執行５次異或操作向任務(wù)５發(fā)一信號量５，每執行６次異或操作向任務(wù)６發(fā)一信號量６。那么，任務(wù)２到任務(wù)６在接到相應的信號量時(shí)將對自已控制的燈進(jìn)行一次異或操作。理論分析，ＬＥＤ２到ＬＥＤ６的波形周期分別為ＬＥＤ１的２到６ 倍。筆者曾用示波器對６ 個(gè)燈的波形進(jìn)行觀(guān)察，其結果與理論分析相符，同時(shí)，在連續運行數天后，沒(méi)有發(fā)現死機和復位，證明移植成功。