實時操作系統μC/OS-Ⅱ在單片機上的移植
Intel的80196KC系列單片機在中國國內有很大一批用戶。支持 80196KC的C 編譯器生產廠商主要有Tasking和IAR。但國內使用Tasking公司C編譯器的用戶較多。由于μC/OS-Ⅱ系統為源碼公開的實時操作系統,因此是當前嵌入式系統開發的主要方法。但是,在μC/OS-Ⅱ網站上沒有現成的移植實例。因此,有必要進行一次移植以使操作系統成為μC/OS-Ⅱ,這種移植采用的處理器為80196KC,而其編譯器為Tasking c 196。
1μC/OS-Ⅱ的工作原理
μC/OS-Ⅱ是一個源碼公開的實時多任務操作系統,其工作流程如圖1所示。圖中,任務切換的核心是利用出棧指令將各個任務的工作現場再現,并利用子程序返回指令改變PC指針以完成任務的切換。移植的關鍵是如何構造任務堆棧及任務切換時的出棧順序。任務區堆棧初始化主要是模擬任務被中斷后的堆棧內容。
2 80196KC的工作狀態
8 0196KC是Intel公司的16位單片機,和程序運行密切相關的寄存器有指令計數器PC、堆棧指針sp、程序狀態寄存器PSW、中斷屏蔽寄存器 INTMASK和INTMASK1以及窗口寄存器WSR(以下將程序狀態寄存器PSW、中斷屏蔽寄存器INTMASK和INTMASK1、窗口寄存器 WSR統稱為程序狀態字)。它們可在執行子程序調用 call指令時自動將pc進棧,并在子程序返回調用RET指令時自動將pc出棧。由于80196KC有16位的尋址能力,故這一動作有2個字節進(出)棧,其中push a指令將程序狀態字進棧,pop a指令將程序狀態字出棧。這一動作共有4個字節進(出)棧。另外push a動作會將PSW中的中斷允許位清零,故通常用push a關閉中斷,而用pop a恢復中斷允許。由于80196KC的時鐘節拍是特定的周期性中斷,當每個時鐘節拍到來時,系統將對任務延時做一次裁決。因此,在這個時鐘節拍可采用 80196KC中的軟件定時器中斷。
3 Taskingc編譯器的工作細節
帶參數的函數調用編譯后的主要操作是先將參數進棧,然后執行call指令。在函數入口處將堆棧中的參數倒入寄存器tmp0、tmp2、tmp4和tmp6以進行操作(以下稱臨時寄存器)的原因主要是,堆棧一般位于RAM區,而對RAM區操作不如對寄存器操作快。如果該函數有局部變量,局部變量也是分配在堆棧中。Tasking c編譯器一般用一寄存器frame01(以下稱框架寄存器)對局部變量進行訪問,在函數返回時執行ret操作,并對SP指針進行調整,以跳過函數參數在堆棧中的位置。中斷調用和函數調用類似,中斷本身雖沒有參數,但進中斷后要對臨時寄存器進行保護。因此,應在進中斷后執行push a操作,并在中斷返回時使臨時寄存器出棧(注意出棧順序),然后再次執行pop a和ret操作。圖2所示為堆棧區的一般結構。
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