μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植

摘要：以凌阳单片机为例详细介绍μC/OS-II的移植方法；重点讲解在系统移植过程中一些难以理解的概念，并首次实现了μC/OS-II在凌阳SPCE061A单片机上的移植。
　　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FlashROM，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。
　　
　　1μC/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。
　　
　　2μC/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，可总结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。
　　
　　3μC/OS-IIBSP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: 《μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植》