MicroC/OS-II在80C196上的移植實(shí)現(xiàn)

摘  要：在嵌入式系統(tǒng)中使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性。MicroC/OS-II是一個(gè)完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核，并且開(kāi)放源代碼，得到了廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合具體應(yīng)用，介紹了MicroC/OS-II在80C196上移植實(shí)現(xiàn)過(guò)程和注意事項(xiàng)。 
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)  MicroC/OS-II  80C196  移植
    在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，一直采用傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模式：無(wú)限循環(huán)＋中斷服務(wù)。該模式下，主程序?yàn)橐粋�(gè)無(wú)限循環(huán)，單任務(wù)順序執(zhí)行各個(gè)處理任務(wù)。在循環(huán)之外，設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)，用于處理異步事件。在相對(duì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用中，這種模式，完全可以勝任。而對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高、處理任務(wù)較多的應(yīng)用，就會(huì)暴露出實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，甚至不能夠達(dá)到應(yīng)用的要求，系統(tǒng)可靠性低，穩(wěn)定性差。引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以較好解決這個(gè)問(wèn)題。

MicroC/OS-II是一個(gè)完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核，并且開(kāi)放源代碼，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)老系統(tǒng)功能升級(jí)，達(dá)到了不改變硬件設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)性能的目的，從而采用該實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。本文介紹了將其移植應(yīng)用于80C196的具體實(shí)現(xiàn)和注意事項(xiàng)。

所謂移植，就是使一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核能夠在其他微處理器或微控制器上運(yùn)行。移植要做的是，修改或編寫與處理器硬件相關(guān)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(yīng)用，對(duì)MicroC/OS-II進(jìn)行裁剪，以達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

1. MicroC/OS-II簡(jiǎn)介

MicroC/OS-II的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

MicroC/OS-II最主要的特點(diǎn)之一是源代碼開(kāi)放，有利于用戶根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行充分的裁減。這也使得其可移植性非常的強(qiáng)。

MicroC/OS-II是為嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，完全可與應(yīng)用軟件融合在一起，進(jìn)行編譯、連接，進(jìn)而作為產(chǎn)品的一部分發(fā)布。

MicroC/OS-II是完全可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，總是運(yùn)行就緒任務(wù)中最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，即準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)可以剝奪正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的CPU使用權(quán)。

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(yǔ)言，因此該移植所有的函數(shù)都在OS_CPU_C.C中實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有OS_CPU_A.ASM文件。能夠采用C語(yǔ)言編碼的，盡量采用C語(yǔ)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(guān)的代碼。包括與處理器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型定義，函數(shù)定義，存儲(chǔ)器操作等。其中的主要任務(wù)有：

1）    重新編輯INCLUDES.H文件，增加與應(yīng)用相關(guān)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(chǔ)資源

由于80C196系統(tǒng)的物理資源十分有限，需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行充分的裁剪。

片內(nèi)可用內(nèi)存為220個(gè)字節(jié)，在系統(tǒng)中外部擴(kuò)展3584（3.5K）個(gè)字節(jié)。為了提高系統(tǒng)速度，操作系統(tǒng)盡量使用片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)應(yīng)用中經(jīng)常使用的變量，也需要分配在片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)。

為了節(jié)約存儲(chǔ)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(yīng)變量。

2）    根據(jù)應(yīng)用的需要裁剪所需資源的規(guī)模。例如，在應(yīng)用中實(shí)際使用任務(wù)為6個(gè)，所以將OSRdyTbl由一個(gè)數(shù)組，更改為一個(gè)8位變量，并去掉OSRdyGrp，因?yàn)槠溆肋h(yuǎn)是0。

3）    修改OS_InitTaskIdle內(nèi)容，將OS_TaskIdle任務(wù)換為應(yīng)用的最低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

4）    裁剪OS_TCB的內(nèi)容。例如，永遠(yuǎn)不會(huì)使用的變量OSTCBY和OSTCBBitY。

5）    裁剪中斷嵌套的相關(guān)內(nèi)容。

2.4 時(shí)間資源

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

為了節(jié)約時(shí)間資源采取以下措施：

1）    棄用OSTimeDly函數(shù)，直接操作任務(wù)定時(shí)器，調(diào)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(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)。

3）    降低其他中斷服務(wù)函數(shù)的代碼長(zhǎng)度，且不進(jìn)行任務(wù)切換，降低系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差。

4）    根據(jù)編譯得到的匯編代碼，對(duì)部分C語(yǔ)言代碼進(jìn)行優(yōu)化。

3. 移植實(shí)現(xiàn)

3.1 任務(wù)分配

一個(gè)任務(wù)，也稱為一個(gè)線程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，該程序可以認(rèn)為CPU完全屬于自己。每個(gè)任務(wù)有獨(dú)立的堆�？臻g和優(yōu)先級(jí)。

根據(jù)每個(gè)任務(wù)的內(nèi)容可以在相應(yīng)位置，使任務(wù)就緒。而任務(wù)就緒和任務(wù)切換可以分開(kāi)。例如，在接收中斷中，使可以CAN通信任務(wù)就緒，但可以不進(jìn)行任務(wù)切換，而在系統(tǒng)時(shí)鐘函數(shù)中進(jìn)行任務(wù)切換。系統(tǒng)總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。

3.2 時(shí)鐘節(jié)拍

時(shí)鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，時(shí)鐘節(jié)拍的周期為250μs，采用軟件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。在該服務(wù)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換，為了節(jié)省時(shí)間和存儲(chǔ)資源，不進(jìn)行函數(shù)調(diào)用。

    軟件定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)代碼如下：

void OSTickISR(void)

{

… …// 重置軟件定時(shí)器

     OS250usCount++;    // 計(jì)數(shù)器加1

     if((OS250usCount&0x03)==0)  {

         … …

         OS1msCount++; // 1ms定時(shí)器

         OS50msDly++;  // 50ms定時(shí)器

         OSRdyTbl |= 0x20;  // 1ms定時(shí)到，就緒TaskChk任務(wù)

… …    }

     // OSIntExit() 中斷退出任務(wù)切換

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

     if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur)// 判斷當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)是否與最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同

     {

         // OSIntCtxSw();

         OSTCBCur->OSTCBStkPtr = psp;         // 存儲(chǔ)被中斷任務(wù)的堆棧指針

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

         OSPrioCur = OSPrioHighRdy;  // 設(shè)當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)為最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)

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

         asm{     // 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)

              pop  dx;  pop  cx;  pop  bx;  pop  ax;  popa;

              ret; // 切換到最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)，必須要有的

         }

     }

}

3.3 中斷

由于中斷的存在，任何代碼在任何時(shí)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(huì)產(chǎn)生不可預(yù)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(kāi)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(jìn)入臨階段之前，必須關(guān)中斷，臨界段代碼執(zhí)行結(jié)束，開(kāi)中斷。