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      1. μC/OS-II在凌陽單片機SPCE061A上的移植

        時間:2024-07-13 07:49:58 理工畢業論文 我要投稿
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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。

          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Flash ROM,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。

        1 μC/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。

        2 μC/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:

         、 將當前任務CPU所有的寄存器壓棧;

         、 將CPU系統堆棧的數據全部拷貝到當前任務的任務堆棧中;

         、 得到下一個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;

         、 恢復下一個任務的系統堆棧中的數據;

         、 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。

        3 μC/OS-II BSP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

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