[信息與通信]ucos-ii在51單片機(jī)上的移植

1、?引言：隨著各種應(yīng)用電子系統(tǒng)的復(fù)雜化和系統(tǒng)實(shí)時性需求的提高，并伴隨應(yīng)用軟件朝著系統(tǒng)化方向發(fā)展的加速，在16位32位單片機(jī)中廣泛使用了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)。然而實(shí)際使用中卻存在著大量8位單片機(jī)，從經(jīng)濟(jì)性考慮，對某些應(yīng)用場合，在8位MCU上使用操作系統(tǒng)是可行的。從學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)角度，uCOSIIf51即簡單又全面，學(xué)習(xí)成本低廉，值得推廣。結(jié)語：μCOSII具有免費(fèi)、簡單、可靠性高、實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)，但也有缺乏便利開發(fā)環(huán)境等缺點(diǎn)，尤其不像商用嵌入式

2、系統(tǒng)那樣得到廣泛使用和持續(xù)的研究更新。但開放性又使得開發(fā)人員可以自行裁減和添加所需的功能，在許多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特的作用。當(dāng)然，是否在單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入μCOSII應(yīng)視所開發(fā)的項(xiàng)目而定，對于一些簡單的、低成本的項(xiàng)目來說，就沒必要使用嵌入式操作系統(tǒng)了。uCOSII原理：uCOSII包括任務(wù)調(diào)度、時間管理、內(nèi)存管理、資源管理（信號量、郵箱、消息隊(duì)列）四大部分，沒有文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口、輸入輸出界面。它的移植只與4個文件相關(guān)：匯編文件（OS_CP

3、U_A.ASM）、處理器相關(guān)C文件（OS_CPU.H、OS_CPU_C.C）和配置文件（OS_CFG.H）。有64個優(yōu)先級，系統(tǒng)占用8個，用戶可創(chuàng)建56個任務(wù)，不支持時間片輪轉(zhuǎn)。它的基本思路就是“近似地每時每刻總是讓優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)”。為了保證這一點(diǎn)，它在調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)、中斷結(jié)束、定時中斷結(jié)束時總是執(zhí)行調(diào)度算法。原作者通過事先計(jì)算好數(shù)據(jù)，簡化了運(yùn)算量，通過精心設(shè)計(jì)就緒表結(jié)構(gòu)，使得延時可預(yù)知。任務(wù)的切換是通過模擬一次中

4、斷實(shí)現(xiàn)的。uCOSII工作核心原理是：近似地讓最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。操作系統(tǒng)將在下面情況中進(jìn)行任務(wù)調(diào)度：調(diào)用API函數(shù)（用戶主動調(diào)用），中斷（系統(tǒng)占用的時間片中斷OsTimeTick（），用戶使用的中斷）。調(diào)度算法書上講得很清楚，我主要講一下整體思路。（1）在調(diào)用API函數(shù)時，有可能引起阻塞，如果系統(tǒng)API函數(shù)察覺到運(yùn)行條件不滿足，需要切換就調(diào)用OSSched（）調(diào)度函數(shù)，這個過程是系統(tǒng)自動完成的，用戶沒有參與。OSSche

5、d（）判斷是否切換，如果需要切換，則此函數(shù)調(diào)用OS_TASK_SW（）。這個函數(shù)模擬一次中斷（在51里沒有軟中斷，我用子程序調(diào)用模擬，效果相同），好象程序被中斷打斷了，其實(shí)是OS故意制造的假象，目的是為了任務(wù)切換。既然是中斷，那么返回地址（即緊鄰OS_TASK_SW（）的下一條匯編指令的PC地址）就被自動壓入堆棧，接著在中斷程序里保存CPU寄存器（PUSHALL）……。堆棧結(jié)構(gòu)不是任意的，而是嚴(yán)格按照uCOSII規(guī)范處理。OS每次切換都

6、會保存和恢復(fù)全部現(xiàn)場信息（POPALL），然后用RETI回到任務(wù)斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。這個斷點(diǎn)就是OSSched（）函數(shù)里的緊鄰OS_TASK_SW（）的下一條匯編指令的PC地址。切換的整個過程就是，用戶任務(wù)程序調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)，API調(diào)用OSSched（），OSSched（）調(diào)用軟中斷OS_TASK_SW（）即OSCtxSw，返回地址（PC值）壓棧，進(jìn)入OSCtxSw中斷處理子程序內(nèi)部。反之，切換程序調(diào)用RETI返回緊鄰OS_TASK_SW

7、（）的下一條匯編指令的我設(shè)計(jì)的堆棧結(jié)構(gòu)如下圖所示：TCB結(jié)構(gòu)體中OSTCBStkPtr總是指向用戶堆棧最低地址，該地址空間內(nèi)存放用戶堆棧長度，其上空間存放系統(tǒng)堆棧映像，即：用戶堆棧空間大小=系統(tǒng)堆?？臻g大小1。SP總是先加1再存數(shù)據(jù)，因此，SP初始時指向系統(tǒng)堆棧起始地址（OSStack）減1處（OSStkStart）。很明顯系統(tǒng)堆棧存儲空間大小=SPOSStkStart。任務(wù)切換時，先保存當(dāng)前任務(wù)堆棧內(nèi)容。方法是：用SPOSStkSta

8、rt得出保存字節(jié)數(shù)，將其寫入用戶堆棧最低地址內(nèi)，以用戶堆棧最低地址為起址，以O(shè)SStkStart為系統(tǒng)堆棧起址，由系統(tǒng)棧向用戶棧拷貝數(shù)據(jù)，循環(huán)SPOSStkStart次，每次拷貝前先將各自棧指針增1。其次，恢復(fù)最高優(yōu)先級任務(wù)系統(tǒng)堆棧。方法是：獲得最高優(yōu)先級任務(wù)用戶堆棧最低地址，從中取出“長度”，以最高優(yōu)先級任務(wù)用戶堆棧最低地址為起址，以O(shè)SStkStart為系統(tǒng)堆棧起址，由用戶棧向系統(tǒng)?？截悢?shù)據(jù)，循環(huán)“長度”數(shù)值指示的次數(shù)，每次拷貝前先

9、將各自棧指針增1。用戶堆棧初始化時從下向上依次保存：用戶堆棧長度（15），PCL，PCH，PSW，ACC，B，DPL，DPH，R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。不保存SP，任務(wù)切換時根據(jù)用戶堆棧長度計(jì)算得出。OSTaskStkInit函數(shù)總是返回用戶棧最低地址。操作系統(tǒng)tick時鐘我使用了51單片機(jī)的T0定時器，它的初始化代碼用C寫在了本文件中。最后還有幾點(diǎn)必須注意的事項(xiàng)。本來原則上我們不用修改與處理器無關(guān)的代碼，但是由于

10、KEIL編譯器的特殊性，這些代碼仍要多處改動。因?yàn)镵EIL缺省情況下編譯的代碼不可重入，而多任務(wù)系統(tǒng)要求并發(fā)操作導(dǎo)致重入，所以要在每個C函數(shù)及其聲明后標(biāo)注reentrant關(guān)鍵字。另外，“pdata”、“data”在uCOS中用做一些函數(shù)的形參，但它同時又是KEIL的關(guān)鍵字，會導(dǎo)致編譯錯誤，我通過把“pdata”改成“ppdata”，“data”改成“ddata”解決了此問題。OSTCBCur、OSTCBHighRdy、OSRunnin