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μC/OS-II在80196KC單片機上的移植
摘要：主要討論了將μC/OS-II實時操作系統在8019KC單片機上進行移植的原理和方法，給出了一個以Tasking C為編譯器、以8019KC為處理器，對μC/OS-II實時操作系統進行移植的具體實例。關鍵詞：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。支持８０１９６ＫＣ的Ｃ編譯器生產廠商主要有Ｔａｓｋｉｎｇ和ＩＡＲ。但國內使用Ｔａｓｋｉｎｇ公司Ｃ編譯器的用戶較多。由于μＣ／ＯＳ－Ⅱ系統為源碼公開的實時操作系統，因此是當前嵌入式系統開發的主要方法。但是，在μＣ／ＯＳ－Ⅱ網站上沒有現成的移植實例。因此，有必要進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是一個源碼公開的實時多任務操作系統，其工作流程如圖１所示。圖中，任務切換的核心是利用出棧指令將各個任務的工作現場再現，并利用子程序返回指令改變ＰＣ指針以完成任務的切換。移植的關鍵是如何構造任務堆棧及任務切換時的出棧順序。任務區堆棧初始化主要是模擬任務被中斷后的堆棧內容。
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２ ８０１９６ＫＣ的工作狀態
８０１９６ＫＣ是Ｉｎｔｅｌ公司的１６位單片機，和程序運行密切相關的寄存器有指令計數器ＰＣ、堆棧指針ｓｐ、程序狀態寄存器ＰＳＷ、中斷屏蔽寄存器ＩＮＴＭＡＳＫ和ＩＮＴＭＡＳＫ１以及窗口寄存器ＷＳＲ（以下將程序狀態寄存器ＰＳＷ、中斷屏蔽寄存器ＩＮＴＭＡＳＫ和ＩＮＴＭＡＳＫ１、窗口寄存器ＷＳＲ統稱為程序狀態字）。它們可在執行子程序調用ｃａｌｌ指令時自動將ｐｃ進棧，并在子程序返回調用ＲＥＴ指令時自動將ｐｃ出棧。由于８０１９６ＫＣ有１６位的尋址能力，故這一動作有２個字節進（出）棧，其中ｐｕｓｈ ａ指令將程序狀態字進棧，ｐｏｐ ａ指令將程序狀態字出棧。這一動作共有４個字節進（出）棧。另外ｐｕｓｈ ａ動作會將ＰＳＷ中的中斷允許位清零，故通常用ｐｕｓｈ ａ關閉中斷，而用ｐｏｐ ａ恢復中斷允許。由于８０１９６ＫＣ的時鐘節拍是特定的周期性中斷，當每個時鐘節拍到來時，系統將對任務延時做一次裁決。因此，在這個時鐘節拍可采用８０１９６ＫＣ中的軟件定時器中斷。
３ Ｔａｓｋｉｎｇ 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以進行操作（以下稱臨時寄存器）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（以下稱框架寄存器）對局部變量進行訪問，在函數返回時執行ｒｅｔ操作，并對ＳＰ指針進行調整，以跳過函數參數在堆棧中的位置。中斷調用和函數調用類似，中斷本身雖沒有參數，但進中斷后要對臨時寄存器進行保護。因此，應在進中斷后執行ｐｕｓｈ ａ操作，并在中斷返回時使臨時寄存器出棧（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，任務堆棧區的構造特點是８０１９６ＫＣ的堆棧區由高向低增長，最高處是任務的入口參數，接著是ＰＣ指針和程序狀態字。如前所述，任務切換時要對臨時寄存器和框架寄存器進行保護。明確了任務堆棧的構造后，編寫任務啟動函數（指ＯＳＳｔａａｒｔ函數）和任務切換函數（指ＯＳ＿ＴＡＡＳＫ＿ＳＷ和ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ函數）的關鍵是，在得到了最高優先級的任務堆棧指針后，如何按正確的順序出棧，直到ＰＣ指針。其中ＯＳ＿ＴＡＳＫ＿ＳＷ，函數在切換任務之前還要編寫對當前任務的現場進行保護的程序，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，不用，因為中斷函數用Ｃ寫成，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，是在中斷中調用的，因此，Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ編譯器在進中斷時已自動對其保護。同時還應注意，由于在中斷服務程序中沒有定義局部變量，這使得Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ編譯器不能對框架寄存器進行保護，因此，對這一寄存器的保護應在設計時自己加上。
＃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，在其它中斷服務程序中，如果沒有定義局部變量，也應加上對框架寄存器的保護。如果有局部變量，編譯器會自動對框架寄存器進行保護。在編寫ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ()函數時應當注意，由于ＯＳ-ＩｎｔＣｔｘＳｗ()是在ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()中調用的，且在調用ＯＳ-ＩｎｔＣｔｘＳｗ()之前又有一個關中斷的操作。因此，筆者采用ｐｕｓｈ ａ方式來關閉中斷，也就是說，切換到另一高優先級的任務后，會在當前任務中留下在ＯＳＩｎｔＣ-ｔｘＳｗ()和ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()調用的返回地址４個字節的垃圾和ｐｕｓｈａ關中斷時進棧的４個字節垃圾（共８個字節）。因此，為了保證下次切換到該任務的正確性，應將ＳＰ指針加８，然后再進行任務切換。為加深對此的理解，可以做一假設：如果８０１９６ＫＣ是２４位（３個字節）尋址能力，在當前任務中會留下ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ()和ＯＳＩｎｔＥｘｉｔ()調用的返回地址的６個字節的垃圾，如果關中斷直接采用ａｓｍ ｄｉ方式，而不牽扯到堆棧操作，此時ＳＰ應調整６個字節而不是８個字節。
５ 正確性檢驗
圖３是一個點燈程序的主任務流程。其６個燈中的每一個點燈操作都是一個單獨任務。第一個燈每兩個時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２發一信號量２?每執行３次異或操作向任務３發一信號量３?每執行４次異或操作向任務４發一信號量４，每執行５次異或操作向任務５發一信號量５，每執行６次異或操作向任務６發一信號量６。那么，任務２到任務６在接到相應的信號量時將對自已控制的燈進行一次異或操作。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 個燈的波形進行觀察，其結果與理論分析相符，同時，在連續運行數天后，沒有發現死機和復位，證明移植成功。
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