導語：MicroC/OS-II在80C196上的移植實現(xiàn)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在嵌入式系統(tǒng)中使用實時操作系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和實時性。microc/os-ii是一個完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務實時內核，并且開放源代碼，得到了廣泛應用。本文結合具體應用，介紹了MicroC/OS-II在80c196上移植實現(xiàn)過程和注意事項。

關鍵詞：實時操作系統(tǒng)MicroC/OS-II80C196移植

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，很長時間以來，一直采用傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件設計模式：無限循環(huán)＋中斷服務。該模式下，主程序為一個無限循環(huán)，單任務順序執(zhí)行各個處理任務。在循環(huán)之外，設計一個或多個中斷服務函數(shù)，用于處理異步事件。在相對簡單的應用中，這種模式，完全可以勝任。而對于實時性要求較高、處理任務較多的應用，就會暴露出實時性差的缺點，甚至不能夠達到應用的要求，系統(tǒng)可靠性低，穩(wěn)定性差。引入實時操作系統(tǒng)，可以較好解決這個問題。

MicroC/OS-II是一個完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務實時內核，并且開放源代碼，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應用。為了實現(xiàn)老系統(tǒng)功能升級，達到了不改變硬件設計，增加系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)性能的目的，從而采用該實時操作系統(tǒng)。本文介紹了將其移植應用于80C196的具體實現(xiàn)和注意事項。

所謂移植，就是使一個實時內核能夠在其他微處理器或微控制器上運行。移植要做的是，修改或編寫與處理器硬件相關的代碼。由于80C196系統(tǒng)的資源有限，除了代碼移植，還要根據(jù)具體應用，對MicroC/OS-II進行裁剪，以達到系統(tǒng)的設計要求。

1.MicroC/OS-II簡介

MicroC/OS-II的系統(tǒng)結構見圖1。

MicroC/OS-II最主要的特點之一是源代碼開放，有利于用戶根據(jù)具體應用對操作系統(tǒng)進行充分的裁減。這也使得其可移植性非常的強。

MicroC/OS-II是為嵌入式應用專門設計的，完全可與應用軟件融合在一起，進行編譯、連接，進而作為產品的一部分。

MicroC/OS-II是完全可剝奪型的實時內核，總是運行就緒任務中最高優(yōu)先級的任務，即準備就緒的高優(yōu)先級任務可以剝奪正在運行的低優(yōu)先級任務的CPU使用權。

2.移植的基本思路

2.1編譯器

采用TASKING公司的C196編譯器，可以方便的嵌入?yún)R編語言，因此該移植所有的函數(shù)都在OS_CPU_C.C中實現(xiàn)，沒有OS_CPU_A.ASM文件。能夠采用C語言編碼的，盡量采用C語言編碼；不能采用C代碼的，采用嵌入?yún)R編的方式。以此降低代碼的分散度，提高代碼的可讀性。

2.2代碼移植

代碼移植，需要修改或編寫與處理器硬件相關的代碼。包括與處理器相關的數(shù)據(jù)類型定義，函數(shù)定義，存儲器操作等。其中的主要任務有：

1）重新編輯INCLUDES.H文件，增加與應用相關的頭文件；改寫OS_CPU.H文件；

2）改寫OS_CFG.H文件；編寫OS_CPU_C.C；

3）優(yōu)化代碼效率。

2.3存儲資源

由于80C196系統(tǒng)的物理資源十分有限，需要對系統(tǒng)內核進行充分的裁剪。

片內可用內存為220個字節(jié)，在系統(tǒng)中外部擴展3584（3.5K）個字節(jié)。為了提高系統(tǒng)速度，操作系統(tǒng)盡量使用片內存儲區(qū)。系統(tǒng)應用中經常使用的變量，也需要分配在片內存儲區(qū)。

為了節(jié)約存儲資源采取以下措施：

1）裁剪不使用的功能模塊和其使用相應變量。

2）根據(jù)應用的需要裁剪所需資源的規(guī)模。例如，在應用中實際使用任務為6個，所以將OSRdyTbl由一個數(shù)組，更改為一個8位變量，并去掉OSRdyGrp，因為其永遠是0。

3）修改OS_InitTaskIdle內容，將OS_TaskIdle任務換為應用的最低優(yōu)先級的任務。

4）裁剪OS_TCB的內容。例如，永遠不會使用的變量OSTCBY和OSTCBBitY。

5）裁剪中斷嵌套的相關內容。

2.4時間資源

MicroC/OS-II推薦的時鐘節(jié)拍為10～200ms，而本系統(tǒng)的實際時鐘節(jié)拍為250μs，這樣系統(tǒng)額外開銷必然大幅度增加，系統(tǒng)時間資源十分緊張。

為了節(jié)約時間資源采取以下措施：

1）棄用OSTimeDly函數(shù)，直接操作任務定時器，調用OS_Sched函數(shù)。

2）棄用OSIntExit和OSIntCtxSw函數(shù)，將其源代碼直接加入軟件定時器中斷服務函數(shù)。

3）降低其他中斷服務函數(shù)的代碼長度，且不進行任務切換，降低系統(tǒng)時鐘的誤差。

4）根據(jù)編譯得到的匯編代碼，對部分C語言代碼進行優(yōu)化。

3.移植實現(xiàn)

3.1任務分配

一個任務，也稱為一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU完全屬于自己。每個任務有獨立的堆?？臻g和優(yōu)先級。

根據(jù)每個任務的內容可以在相應位置，使任務就緒。而任務就緒和任務切換可以分開。例如，在接收中斷中，使可以CAN通信任務就緒，但可以不進行任務切換，而在系統(tǒng)時鐘函數(shù)中進行任務切換。系統(tǒng)總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務先運行。

3.2時鐘節(jié)拍

時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷，根據(jù)應用系統(tǒng)的需要，時鐘節(jié)拍的周期為250μs，采用軟件定時器實現(xiàn)。在該服務函數(shù)中實現(xiàn)任務切換，為了節(jié)省時間和存儲資源，不進行函數(shù)調用。

軟件定時器中斷服務函數(shù)實現(xiàn)代碼如下：

voidOSTickISR(void)

{

……//重置軟件定時器

OS250usCount++;//計數(shù)器加1

if((OS250usCount&0x03)==0){

……

OS1msCount++;//1ms定時器

OS50msDly++;//50ms定時器

OSRdyTbl|=0x20;//1ms定時到，就緒TaskChk任務

……}

//OSIntExit()中斷退出任務切換

OSPrioHighRdy=OSUnMapTbl[OSRdyTbl];//取得最高優(yōu)先級就緒任務的優(yōu)先級

if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur)//判斷當前任務優(yōu)先級是否與最高優(yōu)先級就緒任務的優(yōu)先級相同

{

//OSIntCtxSw();

OSTCBCur->OSTCBStkPtr=psp;//存儲被中斷任務的堆棧指針

OSTCBCur=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];//取得最高優(yōu)先級就緒任務的TCB

OSPrioCur=OSPrioHighRdy;//設當前任務優(yōu)先級為最高優(yōu)先級就緒任務的優(yōu)先級

psp=OSTCBCur->OSTCBStkPtr;//取得堆棧指針

asm{//現(xiàn)場恢復

popdx;popcx;popbx;popax;popa;

ret;//切換到最高優(yōu)先級就緒任務，必須要有的

}

}

}

3.3中斷

由于中斷的存在，任何代碼在任何時候，都有可能被中斷。而有些代碼是不可分割的，如果被中斷將會產生不可預料的后果。因此定義臨界段，以處理不可分割的代碼。一旦該部分代碼開始執(zhí)行，不允許任何中斷插入。為了確保臨界段代碼的執(zhí)行不被中斷，在進入臨階段之前，必須關中斷，臨界段代碼執(zhí)行結束，開中斷。

為80C196定義OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL如下：

//中斷禁止函數(shù)

#defineOS_ENTER_CRITICAL()asmDI

//中斷使能函數(shù)

#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmEI

3.4其他代碼實現(xiàn)

3.4.1任務堆棧初始化函數(shù)

任務堆棧初始化函數(shù)代碼如下：

OS_STK*OSTaskStkInit(void(*task)(void*pd),void*pdata,OS_STK*ptos,INT16Uopt)

{

……

stk=(OS_STK*)ptos;

*--stk=(OS_STK)task;//任務開始地址

*--stk=(OS_STK)0x0000|gimask;//PSWIMASK

*--stk=(OS_STK)0x0000|gimask1;//IMASK1WSR

*--stk=(OS_STK)4;//DX

*--stk=(OS_STK)3;//CX

*--stk=(OS_STK)2;//BX

*--stk=(OS_STK)1;//AX

return((OS_STK*)stk);

}

3.4.2開始運行最高優(yōu)先級就緒任務

系統(tǒng)開始運行時，調用該函數(shù)，以開始運行，其實現(xiàn)代碼如下：

voidOSStartHighRdy(void)

{

OSRunning=TRUE;//置系統(tǒng)正在運行標志

……

OSTCBCur=OSTCBHighRdy;//置當前TCB為最高優(yōu)先級就緒任務的TCB

psp=OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;//取得堆棧指針

asm{//恢復現(xiàn)場

popdx;popcx;popbx;popax;popa;//轉到新任務

}

}

3.4.3現(xiàn)場切換函數(shù)

OS_Sched函數(shù)調用該函數(shù)實現(xiàn)真正的任務切換。

voidOSCtxSw(void)

{

asm{//保存被中斷任務的現(xiàn)場

pusha;pushax;pushbx;pushcx;pushdx;

}

OSTCBCur->OSTCBStkPtr=psp;//存儲被中斷任務的堆棧指針

OSTCBCur=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];//取得最高優(yōu)先級就緒任務的TCB

OSPrioCur=OSPrioHighRdy;//設當前任務優(yōu)先級為最高優(yōu)先級就緒任務的優(yōu)先級

psp=OSTCBCur->OSTCBStkPtr;//取得堆棧指針

asm{//現(xiàn)場恢復

popdx;popcx;popbx;popax;popa;

}

}

4.注意事項

在實現(xiàn)過程中的得到如下經驗教訓：

1)盡量減少任務的數(shù)量，以減少系統(tǒng)額外開銷。相對少的任務數(shù)，可以減少，系統(tǒng)花在任務切換上的時間。

2)合理分配各個任務的優(yōu)先級。

3)注意開中斷、關中斷的時機。

4)注意入棧和出棧要匹配。如果堆棧指針出現(xiàn)錯位，將會出現(xiàn)災難性后果。特別注意中斷服務函數(shù)的處理，其調用時的入棧內容和退出中斷的出棧內容要對應，而中斷退出有兩種可能：正常退出和任務切換。

5)合理選擇定時器時間周期。

6)同類型工作，也同樣需要有優(yōu)先級區(qū)分。例如：同樣是通信任務，接收數(shù)據(jù)需要較高的優(yōu)先級，而通信故障處理需要較低的優(yōu)先級。一般情況下，通信處理都有一定的故障容忍時間，只要在容忍時間內得到處理就可以了。如果發(fā)生不可恢復性錯誤，故障處理將會占用大量的時間，如果在較高優(yōu)先級，將會影響整個系統(tǒng)的性能。

5.結論

通過在80C196上移植實現(xiàn)MicroC/OS-II，達到了不改變硬件設計，增加應用功能，提高了應用系統(tǒng)性能的目的。在嵌入式系統(tǒng)中使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，不但可以提高系統(tǒng)的實時性、可靠性和穩(wěn)定性，還可以提高應用軟件的可移植性和可維護性，降低開發(fā)人員的工作量。因此，只要硬件環(huán)境允許，應盡量采用實時操作系統(tǒng)。

參考文獻：

1.JeanJ.Labrosse著，邵貝貝等譯，《嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II（第二版）》，北京航空航天大學出版社，2003年5月第1版

2.孫涵芳主編，《Intel16位單片機》，北京航空航天大學出版社，1995年11月第1版