ucosII在51內(nèi)核單片機(jī)上的移植-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯ucosII在51內(nèi)核單片機(jī)上的移植-基礎(chǔ)電子自嵌入式系統(tǒng)開發(fā)以來，很長(zhǎng)時(shí)間都采用前后臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模式：主程序?yàn)橐粋€(gè)無限循環(huán)，單任務(wù)順序執(zhí)行。通過設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中斷來處理異步事件。

這種系統(tǒng)對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用是可以的，但對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的、處理任務(wù)較多的應(yīng)用，就會(huì)暴露出實(shí)時(shí)性差、系統(tǒng)可靠性低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

μC/OS-II是一種基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包含了實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步（信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列）和內(nèi)存管理等功能。它可以使各個(gè)任務(wù)獨(dú)立工作，互不干涉，很容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)而且無誤執(zhí)行，使實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，使應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程大為減化。而且它內(nèi)核源代碼公開，可移植性強(qiáng)，為編程人員提供了很好的一個(gè)軟件平臺(tái)。通過μC/OS-II在VRS51上的移植，可以掌握移植和測(cè)試μC/OS-II的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，很容易將其移植到其它的CPU平臺(tái)上。

μC/OS-II介紹

μC/OS-II是一個(gè)完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。μC/OS-II絕大部分的代碼是用ANSI的C語言編寫的，包含一小部分匯編代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從8位到*位，μC/OS-II已在超過40種不同架構(gòu)上的微處理器上運(yùn)行。μC/OS-II已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，包括很多領(lǐng)域，如手機(jī)、路由器、集線器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)控制上。實(shí)際上，μC/OS-II已經(jīng)通過了非常嚴(yán)格的測(cè)試，并且得到了美國(guó)航空管理局（FederalAviationAdministration）的，可以用在飛行器上。這說明μC/OS-II是穩(wěn)定可靠的，可用于與人性命攸關(guān)的安全緊要（safetycritical）系統(tǒng)。除此以外，μC/OS-II的鮮明特點(diǎn)就是源碼公開，便于移植和維護(hù)。

μC/OS-II內(nèi)核結(jié)構(gòu)

多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，或者說為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通訊。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。μC/OS-II可以管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)。由于它的作者占用和保留了8個(gè)任務(wù)，所以留給用戶應(yīng)用程序多可有56個(gè)任務(wù)。賦予各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須是不相同的。這意味著μC/OS-II不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法（round-robinscheduling）。μC/OS-II為每個(gè)任務(wù)設(shè)置獨(dú)立的堆?？臻g，可以快速實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。μC/OS-II近似地每時(shí)每刻總是讓優(yōu)先級(jí)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(shí)中斷結(jié)束時(shí)總是執(zhí)行調(diào)度算法，μC/OS-II通過事先計(jì)算好數(shù)據(jù)簡(jiǎn)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(shí)可預(yù)知。

μC/OS-II的移植

移植就是使μC/OS-II能在VRS51上運(yùn)行。為了方便移植，大部分的μC/OS-II的代碼是用C語言編寫的；但是仍需要用C語言和匯編語言編寫一些處理器硬件相關(guān)的代碼，這是因?yàn)棣藽/OS-II在讀/寫處理器寄存器時(shí)，只能通過匯編語言來實(shí)現(xiàn)。由于μC/OS-II在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)充分考慮了可移植性，所以μC/OS-II的移植相對(duì)來說是比較容易的。

硬件平臺(tái)構(gòu)成

由于VRS51是一款80C51微控制器，片內(nèi)包含了64KB的FLASH程序存儲(chǔ)器，并且支持串行在線編程（ISP）。使它在ROM空間上很適合做μC/OS-II的移植。

編譯器的選擇

由于μC/OS-II絕大部分代碼是用標(biāo)準(zhǔn)的C語言編寫的，所以C語言開發(fā)工具對(duì)于μC/OS-II是必不可少的。由于μC/OS-II是一個(gè)可剝奪行的占先式內(nèi)核，所以要求C編譯器可以產(chǎn)生可重入型代碼。筆者選擇KeilC51集成開發(fā)環(huán)境作為開發(fā)工具。該開發(fā)工具有C編譯器，匯編器和鏈接定位器等工具構(gòu)成。鏈接器用來將不同模塊（編譯過或匯編過的文件）鏈接成目標(biāo)文件，定位器則允許將代碼和數(shù)據(jù)放置在目標(biāo)處理器的指定內(nèi)存中。KeilC51還可以生成HEX格式的編程文件用于編程EPROM或是FLASH，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)完整軟件仿真支持。KeilC51支持所有8051變種的微控制器。通過設(shè)置編譯控制選項(xiàng)，它完全可以滿足編譯μC/OS-II源代碼的要求。

可重入函數(shù)問題

可重入函數(shù)可以被一個(gè)以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞?？芍厝牒瘮?shù)任何時(shí)候都可以被中斷，一段時(shí)間后又可以繼續(xù)運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。由于μC/OS-II是搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，同一個(gè)函數(shù)可能會(huì)被不同的任務(wù)調(diào)用，也可能會(huì)被中斷，因此，移植μC/OS-II要求C語言編譯器可以產(chǎn)生可重入函數(shù)。但是正常情況下KeilC51編譯器中的函數(shù)不能重入。原因是由于8051系列微控制器的硬件堆棧很小，硬件堆棧指針SP多只能在內(nèi)部256字節(jié)的RAM內(nèi)移動(dòng)，不能夠指向64K的外部RAM空間。所以編譯器使用固定的RAM地址來存儲(chǔ)函數(shù)的參數(shù)和局部變量，而不是使用堆棧來存儲(chǔ)。為了在KeilC51中實(shí)現(xiàn)可重入函數(shù)，可以使用“reentrant”關(guān)鍵字聲明該函數(shù)是可重入的。編譯器可根據(jù)編譯模式為可重入函數(shù)在內(nèi)部RAM或外部RAM空間開辟一個(gè)模擬堆棧來存儲(chǔ)可重入函數(shù)的參數(shù)和局部變量?？芍厝牒瘮?shù)的返回地址仍然保存在硬件堆棧中。Cx51編譯手冊(cè)不推薦使用模擬堆棧，原因是受8051尋址方式的限制，模擬堆棧訪問的效率很低。但是這是在KeilC51中實(shí)現(xiàn)可重入函數(shù)的方法。可重入函數(shù)模擬堆棧擁有獨(dú)立于硬件堆棧指針的模擬堆棧指針。模擬堆棧及其指針在啟動(dòng)代碼文件“STARTUP.A