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μC/OS-II在凌陽單片機SPCE061A上的移植
摘要：以凌陽單片機為例詳細介紹μC/OS-II的移植方法；重點講解在系統移植過程中一些難以理解的概念，并首次實現了μC/OS-II在凌陽SPCE061A單片機上的移植。關鍵詞：μC/OS-II凌陽單片機嵌入式系統
目前，實時操作系統已廣泛應用于工業控制的各個領域。μC/OS-II作為一個實時內核，由于其源碼公開、代碼規范，廣受開發人員的喜愛。SPCE061A是凌陽公司繼μ‘nSPTM系列產品SPCE500A等之后新推出的一款16位單片機，內部集成A/D、D/A等多種接口電路，能很方便地嵌入工業控制的各種場合。更重要的是，其內嵌2K字的SRAM和32K的FlashROM,因此，在不需要擴展外部存儲器的情況下就可以實現μC/OS-II系統的移植。
1μC/OS-II實時操作系統介紹
μC/OS-II是一種專門為微控制器設計的搶占式實時多任務操作系統，它以源代碼的形式給出。其內核主要提供進程管理、時間管理、內存管理等服務。系統最多支持56個任務，每個任務均有一個獨有的優先級。由于其內核為搶先式，所以總是處于運行態最高優先級的任務占用CPU.系統提供了豐富的API函數，實現進程之間的通信以及進程狀態的轉化。
2μC/OS-II系統結構分析與移植
μC/OS-II的軟件體系結構如圖1所示。從圖1中可以看到，如果要使用μC/OS-II,必須為其編寫OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三個文件。這三個文件是與芯片的硬件特性有關的，它們主要提供任務切換與系統時鐘的功能。其它文件用C寫成，它們為系統提供任務管理、任務之間通信、時間管理以及內存管理等功能。
眾所周知，μC/OS-II是一個多任務操作系統。既然是多任務，就需要解決任務切換的問題。任務切換是在進行系統移植過程需要解決的最主要的問題。由于任務切換涉及到對芯片寄存器的操作，所以它主要用匯編語言寫成，因此，對于不同的單片機，其任務切換的代碼是不同的；但是只要理解其原理，就能舉一反三，以不變應萬變。下文將重點講解任務切換的原理。多任務系統在運行時每個任務好像獨立占用CPU一樣，因此系統必須為每個任務開辟一塊內存空間作為該任務的任務堆棧。該堆棧的作用是保存任務被切換前時CPU各寄存器的值以及系統堆棧的數據。根據以上討論，可總結出在進行任務切換時需要完成的工作，主要步驟如下：
�、賹斍叭蝿誄PU所有的寄存器壓棧；
�、趯PU系統堆棧的數據全部拷貝到當前任務的任務堆棧中；
�、鄣玫较乱粋�處于運行態優先級最高的任務的任務堆棧的指針；
④恢復下一個任務的CPU寄存器的值；
⑤恢復下一個任務的系統堆棧中的數據；
⑥通過中斷返回指令或函數返回指令，間接修改PC寄存器的值來進行任務切換。
在為μCOS-II編寫任務切換代碼時需要注意的是：μCOS-II在每次發生中斷后都會產生任務調度，但在中斷結束后進行的任務切換，不能調用普通任務切換函數，這是因為在中斷過程中往往伴隨將CPU的狀態寄存器壓棧操作。以凌陽單片機為例，在中斷后，芯片將PC和SR寄存器的值壓入堆棧，因此，在中斷結束后進行的任務切換中必須對堆棧指針進行調整。
在系統移植過程中另一個較為重要的部分是系統時鐘。μCOS-II要求系統能產生10——100Hz的時鐘節拍。該時鐘節拍由硬件定時器產生。仍以凌陽單片機為例，可選用時基信號TMB2產生128Hz中斷，作為系統時鐘節拍的產生源。系統時鐘中斷服務子程序用匯編語言寫成，由于其主要功能在用C編寫的子函數中實現，因此，編寫該服務子程序的難度不大。
3μC/OS-IIBSP代碼的編寫
BSP（板級支持包）是介于底層硬件和操作系統之間的軟件層，它對底層硬件進行封裝，使得操作系統不再面對具體的硬件。我們以凌陽SPACE061A單片機為例介紹BSP代碼的編寫。
3.1任務切換
凌陽SPACE061A單片機有R1——R5五個通用寄存器，還有1個SR（CPU狀態寄存器），再加上PC,總共有7個CPU內部寄存器在任務切換時需要保存。μCOS-II系統調用OSCtxSw（）來實現任務的切換，下面給出其部分代碼：
_OSCtxSw:
PUSHALL//將所有寄存器壓棧
OSIntCtxSw_in:
//求出系統堆棧的長度，并將其存入R2
R1=SP
R2=OSStkStart
R1+=1
R2=R2-R1
R1=[_OSTCBCμγ]//R1≤OSTCBStkPtr,R1為任
//務堆棧的頭指針
R1=[R1]//首先將系統堆棧長度保存在任
//務堆棧中
[R1]=R2
R3=OSStkStart//得到堆棧的起始地址
//保存系統堆棧到任務堆棧
save_stack:
R3-=1
R1+=1
R4=[R3]
[R1]=R4
R2-=1
JNZsave_stack
CALL_OSTaskSwHook
R1=[_OSTCBHighRdy]
[_OSTCBCur]=R1
R1=[_OSPrioHighRdy]
[_OSPrioCur]=R1
JMPOSCtxSw_in
3.2μCOS-II系統時鐘
以凌陽SPCE061A單片機的TMB2時基信號作為系統時鐘，每經歷一個時鐘節拍的時間將產生一次中斷，在中斷服務子程序中會調用OSTickISR（）函數，匯編代碼如下：
_OSTickISR:
PUSHALL
R1=0x0001
testR1,[P_INT_Ctrl]
JZOUT
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
CALL_OSIntEnter
CALL_OSTimeTick
CALL_OSIntExit
OUT:
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
POPALL
RETI
結語
RTOS是當今嵌入式應用的熱點。應用RTOS,可以提高產品的可靠性，降低研發周期。μCOS-II具有很好的實時性和很小的代碼量，因此掌握μCOS-II的移植方法是相當重要的。本文移植修改的源代碼請參見本刊網絡補充版。
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