實(shí)時(shí)操作系統μC／OS－Ⅱ在單片機上的移植

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T(mén)asking c 196。

1μC／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 80196KC的工作狀態(tài)

8 0196KC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 Taskingc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。