μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植_嵌入式系统论文
关键词：μc/os-ii 凌阳单片机 嵌入式系统
目前，实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。μc/os-ii作为一个实时内核，由于其源码公开、代码规范，广受开发人员的喜爱。spce061a是凌阳公司继μ’nsptm系列产品spce500a等之后新推出的一款16位单片机，内部集成a/d、d/a等多种接口电路，能很方便地嵌入工业控制的各种场合。更重要的是，其内嵌2k字的sram和32k的flash rom，因此，在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现μc/os-ii系统的移植。
1 μc/os-ii实时操作系统介绍
μc/os-ii是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统，它以源代码的形式给出。其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。系统最多支持56个任务，每个任务均有一个独有的优先级。由于其内核为抢先式，所以总是处于运行态最高优先级的任务占用cpu。系统提供了丰富的api函数，实现进程之间的通信以及进程状态的转化。
2 μc/os-ii系统结构分析与移植
μc/os-ii的软件体系结构如图1所示。从图1中可以看到，如果要使用μc/os-ii, 必须为其编写os_cpu.h、os_cpu_c.c、os_cpu_a.asm三个文件。这三个文件是与芯片的硬件特性有关的，它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。其它文件用c写成，它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。
众所周知，μc/os-ii是一个多任务操作系统。既然是多任务，就需要解决任务切换的问题。任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作，所以它主要用汇编语言写成，因此，对于不同的单片机，其任务切换的代码是不同的；但是只要理解其原理，就能举一反三，以不变应万变。下文将重点讲解任务切换的原理。多任务系统在运行时每个任务好像独立占用cpu一样，因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。该堆栈的作用是保存任务被切换前时cpu各寄存器的值以及系统堆栈的数据。根据以上讨论，可出在进行任务切换时需要完成的工作，主要步骤如下：
① 将当前任务cpu所有的寄存器压栈；
② 将cpu系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中；
③ 得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针；
④ 恢复下一个任务的cpu寄存器的值；
⑤ 恢复下一个任务的系统堆栈中的数据；
⑥ 通过中断返回指令或函数返回指令，间接修改pc寄存器的值来进行任务切换。
在为μcos-ii编写任务切换代码时需要注意的是：μcos-ii在每次发生中断后都会产生任务调度，但在中断结束后进行的任务切换，不能调用普通任务切换函数，这是因为在中断过程中往往伴随将cpu的状态寄存器压栈操作。以凌阳单片机为例，在中断后，芯片将pc和sr寄存器的值压入堆栈，因此，在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。
在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。μcos-ii要求系统能产生10~100hz的时钟节拍。该时钟节拍由硬件定时器产生。仍以凌阳单片机为例，可选用时基信号tmb2产生128hz中断，作为系统时钟节拍的产生源。系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成，由于其主要功能在用c编写的子函数中实现，因此，编写该服务子程序的难度不大。
3 μc/os-ii bsp代码的编写
bsp（板级支持包）是介于底层硬件和操作系统之间的软件层，它对底层硬件进行封装，使得操作系统不再面对具体的硬件。我们以凌阳space061a单片机为例介绍bsp代码的编写。
3.1 任务切换
凌阳space061a单片机有r1~r5 五个通用寄存器，还有1个sr（cpu状态寄存器），再加上pc，总共有7个cpu内部寄存器在任务切换时需要保存。μcos-ii系统调用osctxsw( )来实现任务的切换，下面给出其部分代码：
_osctxsw:
pushall // 将所有寄存器压栈
osintctxsw_in:
// 求出系统堆栈的长度 ,并将其存入r2
r1=sp
r2=osstkstart
r1+=1
r2=r2-r1
r1=[_ostcbcμγ]// r1≤ostcbstkptr， r1 为任
//务堆栈的头指针
r1=[r1] // 首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[r1]=r2
r3=osstkstart // 得到堆栈的起始地址
// 保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
r3-=1
r1+=1
r4=[r3]
[r1]=r4
r2-=1
jnz save_stack
call _ostaskswhook
r1=[_ostcbhighrdy]
[_ostcbcur]=r1
r1=[_ospriohighrdy]
[_ospriocur]=r1
jmp osctxsw_in
3.2 μcos-ii系统时钟
以凌阳spce061a单片机的tmb2时基信号作为系统时钟，每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断，在中断服务子程序中会调用ostickisr()函数，汇编代码如下：
_ostickisr:
pushall
r1=0x0001
test r1,[p_int_ctrl]
jz out
r1=0x0001
[p_int_clear]=r1
call _osintenter
call _ostimetick
call _osintexit
out:
r1=0x0001
[p_int_clear]=r1
popall
reti
结 语
rtos是当今嵌入式应用的热点。应用rtos，可以提高产品的可靠性，降低研发周期。μcos-ii具有很好的实时性和很小的代码量，因此掌握μcos-ii的移植方法是相当重要的。本文移植修改的源代码请参见本刊网络补充版（//www.dpj.com.cn）。