作者：邵貝貝 ， 許慶豐 ， 王云飛

80X86CPU上的移植，相信讀者通信學習，已經(jīng)對移植的過程和步驟有了一定的了解。ΜC/OS-II最初是為摩托羅拉68HC11系列單片機設計的。68HC11系列單片機有外部總線，可以外接RAM和ROM；而沒有外部總線8位MCU。由于RAM容量的限制，移植就存在一定的困難；但對于有些8位的MCU，將μC/OS-II移植到MOTOROLA

MC68H908GP32（以下簡稱GP32）上。

一、在GP32上移植μC/OS-11的主要問題

在第（4）講中，介紹過要移植μC/OS-11，目標處理必須滿足以下要求：

（1）處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼；

（2）用C語言就可以打開和關閉中斷；

（3）處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷（通常在10～100Hz之間）；

（4）處理器支持足夠的RAM，保存全局變量和作為多任務環(huán)境下的任務堆棧。

（5）處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶睢?/p>

編譯后的μC/OS-II的內核大約有6～10KB；如果只保留最核心的代碼，則最小可壓縮到2KB。RAM的占用與系統(tǒng)中的任務數(shù)有關，任務堆棧要占用大量的RAM空間，堆棧的大小取決于任務的局部變量、緩沖區(qū)大小及可能的中斷嵌套的層數(shù)。所以，所要移植的系統(tǒng)中必須有足夠的RAM資源。而像MOTOROLA6805系列的8位MCU，由于RAM資源太小且堆棧指針是固定的，不能滿足上面的第（4）條和第（5）條要求，所以μC/OS-II不能在這類處理器上運行。

GP32是68HC08家庭的成員，具有512字節(jié)的片內RAM，32K字節(jié)的片內Flash，8MHz總線時鐘。內部寄存器包括1個8位累加器A，1個16位索引寄存器X，1個16位堆棧指針寄存器SP，1個16位程序指針寄存器PC及1個8位標志寄存器CCR。與6805系列MCU相比，68HC08系列MCU的堆棧指針為16位，可以自由尋址。這就滿足了移植條件（5），且可以使用C編譯器生成代碼。GP32的用戶手冊可以在摩托羅拉公司的主頁上下載，http://www.motorola.com。

在GP32上移植μC/OS-II的主要困難還是RAM資源太少。為了移植成功，必須采取措施減少RAM的用量，包括限制系統(tǒng)中的任務數(shù)量、仔細修改μC/OS-II內核、去掉不使用的部分、限制任務的斷嵌套層數(shù)、在任務中盡量減少使用局部變量等等。在采取了上述措施后，可將RAM用量減少到最低。但需要提醒的是，為了節(jié)省堆?？臻g而采用的限制中斷嵌套層數(shù)的方法將影響系統(tǒng)的實時性能。所以，在GP32上移植μC/OS-II更多的是一種演示，能更好地說明μC/OS-II內核的可裁剪性和靈活性。

在本講中將介紹一個移植實例。為了減少RAM用量，在本例中只運行了2個用戶任務。盡量減池一內核中不必要的模塊（包括由箱、消息隊列、內存管理等），去掉了任務掛起、喚醒和刪除等擴展功能，但仍然支持任務的創(chuàng)建和管理，也保留了信號量模塊來用來任務間的通訊。

二、工具和運行環(huán)境

要實現(xiàn)μC/OS-II向GP32的移植，需要一個面向MC68HC08的C編譯器。使用的是HIWARE公司的C編譯器。移植過程同樣適用于MC68HC08家庭的其他成員。

三、移植中所需修改的文件

首先是編寫整個項目的公共頭文件include.h，這個文件定義使用內核中的哪些模塊。Include.h會被所有的C源程序引用。還要修改和CPU相關的三個文件，分別是頭文件OS_CPU08.H、匯編代碼文件OS_CPU08.ASM和C代碼文件OS_CPU08.C。

1.include.h文件

include.h是主頭文件，在所有后綴名為.C的文件的開始都包含include.h文件。文件中可以內核進行裁剪。在本例中定義如下：

對于不同類型的處理器，還需要改寫include.h文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。在安裝μC/OS-II的時候，附帶了幾個移植實例，例如，針對Intel

80X86的代碼安裝到IIL目錄下。我們?yōu)镚P32編寫的移植實例可放在IIHC08下，這樣，為GP32改寫的include.h文件中應該加入下列語句：

#include “iiHC08_CPU08.ASM”

#include “iiHC08_CPU08.C”

#include “iiHC08_CPU08.H”

2.OS_CPU08.H文件

OS_CPU08.H文件中定義了硬件相關的基本信息：

/*數(shù)據(jù)類型*/

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U;

typedef signed char INT8S;

typedef unsigned short INT16U;

typedef signed short INT16S;

typedef unsigned long INT32U;

typedef signed long INT32S;

/*定義堆棧增長方向*/

#define OS_STK_GROWTH1 /*堆棧由高地址向低地址增長*/

/*定義堆棧單位*/

#define OS_STK INT8U

/*定義進入臨界代碼區(qū)開關中斷宏*/

#define OS_ENTER_CRITICAL（） asm sei

#define OS_EXIT_CRITICAL（） asm cli

#define OS_TASK_SW（） asm swi

（1）數(shù)據(jù)類型

由于不同的處理器有不同的字長，μC/OS-II的移植需要重新定義一系列的數(shù)據(jù)結構。具體字長還和使用的C編譯器有關。在GP32中堆棧是按字節(jié)操作的，堆棧數(shù)據(jù)類型OS_STK聲明為8位。μC/OS-II中所有任務的堆棧都必須用OS_STK聲明。

（2）代碼臨界區(qū)

μC/OS-II在進入系統(tǒng)臨界代碼區(qū)之前要關閉中斷，等到退出臨界區(qū)后再打開，從而保護核心數(shù)據(jù)不被多任務環(huán)境下的其他任務或中斷破壞。在GP32中，開關中斷可以通過匯編指令CLI和SEI來實現(xiàn)。所以μC/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL（）定義為指令SEI，OS_EXIT_CRITICAL（）定義為指令CLI。

（3）堆棧增長方向

GP32的堆棧是由高地址向低地址方向增長的，所以常量OS_STK_GPOWTH必須設置為1。

（4）OS_TASK_SW（）函數(shù)的定義

在μC/OS-II中，OS_TASK_SW（）用來實現(xiàn)任務切換。就緒任務的堆棧初始化應該模擬一次中斷發(fā)生后的樣子，堆棧中應該按進棧次序設置好各個寄存器的內容。OS_TASK_SW（）函數(shù)模擬一次中斷過程，在中斷返回的時候進行任務切換。GP32中可采用軟中斷指令SWI實現(xiàn)任務切換。中斷服務程序的入口點必須指向匯編函數(shù)OSCtxSw（）。

OS_TASK_SW（）的定義：

#define OS_TASK_SW（） asm swi

3.OS_CPU08.ASM文件

μC/OS-II的移植需要改寫OS_CPU08.ASM中的4個函數(shù)：OSStartHighRdy（）、OSCtxSw（）、OSIntCtxSw（）和OSTickISR（）。

（1）OSStartHighRdy（）函數(shù)

該函數(shù)由SStart（）函數(shù)調用，功能是運行優(yōu)先級最高的就緒任務。在調用OSStart（）之前，必須先調用OSInit（），并且已經(jīng)至少創(chuàng)建了一個任務。為了啟動任務，OSStartHighRdy（）首先找到當前就緒的優(yōu)先級最高的任務（OSTCBHighRdy中保存有優(yōu)先級最高任務的任務控制塊-TCB的地址），并從任務的任務控制塊（OS_TCB）中找到指向堆棧的指針，然后從堆棧中彈出全部寄存器的內容，運行RTE中斷返回。由于任務創(chuàng)建時堆棧的結構就是按中斷后的堆棧結構初始化的，執(zhí)行RET指令后就切換到新任務（有關μC/OS-II的任務切換機制，請參考系列講座的第2講）。對于OSStartHighRdy的代碼，我們采用在C中嵌入?yún)R編的方法編寫。需要說明的是，由于GP32中有512字節(jié)RAM，所以地址指針必須是16位的；而GP32中累加寄存器A為8位，所以用累加器A傳遞地址必須進行兩次讀入、輸出操作。

Void OSStartHighRdy（void）

{asm

{

jsr OSTaskSwHook //調用用戶定義接口函數(shù)

lda OSRunning //設置OSRunning變量，標志進入多任務模式

inca

sta OSRunning

ldx OSTCBHighRdy //取得最高優(yōu)先級就緒任務TCB地址

stx OSTCBCur //保存到OSTCBCur中

pshx

ldx OSTCBHighRdy:1//保存地址的第二個字節(jié)

stx OSTCBCur:1

pulh

lda 0，X //載放就緒任務堆棧指針

psha

ldx 1，X //載入就緒任務堆棧指針第二個字節(jié)

pulh

txs

pulh //恢復索引寄存器內容

rti //中斷返回，運行新任務

}}

（2）OSCtxSw（）函數(shù)

OSCtxSw（）是一個任務級的任務切換函數(shù)（在任務中調用，區(qū)別于在中斷程序中調用的OSIntCtxSw（））。在GP32上實現(xiàn)，可通過執(zhí)行一條軟中斷指令SWI來實現(xiàn)任務切換。軟中斷向量指向OSCtxSw（）。在μC/OS-II中，如果任務調用了某個函數(shù)，而該函數(shù)的執(zhí)行結果可能造成系統(tǒng)任務新調度（例如試圖喚醒一個優(yōu)先級更高的任務），則在函數(shù)的末尾會調用OSSched（）；如果OSSched（）將查找當前就緒的優(yōu)先級最高的任務，若不是當前任務，則判斷是否需要進行任務調度，并找到該任務控制塊OS_TCB的地址，將該地址拷貝到變量OSTCBHighRdy中，然后通過宏OS_TASK_SW（）執(zhí)行軟中斷進行任務切換。在此過程中，變量OSTCBCur始終包含一個指向當前運行任務OS_TCB的指針。OSCtxSw（）的匯編代碼如下：

Void OSCtxSw（void）

{asm

{pshh //保存X寄存器

tsx

pshx

pshh

dx OSTCBCur //載入當前任務的TCB指針

pshx

ldx OSTCBCur:1 //載入TCB的第二個字節(jié)

pulh

pula

sta 0，x //保存當前堆棧指針

pula

sta 1，x

jsr OSTaskSwHook //調用用戶定義的接口函數(shù)

lda OSPrioHighRdy //設置OSPrioCur=OSPrioHighRdy

sta OSPrioCur

pshx

ldx OSTCBHighRdy:1

stx OSTCBCur:1

pulh

lda 0，x //載入堆棧指針

psha

ldx，1，x

pulh

txs

pulh //恢復索引寄存器內容

rti //中斷返回，切換任務

}}

（4）OSTickISR（）函數(shù)

在μC/OS-II中，當調用OSStart（）啟動多任務環(huán)境后，時鐘中斷的使用是非常重要的。在時鐘中斷程序中負責處理所有與定時相關的工作，如任務的延時、等待操作等等。在時鐘中斷中將查詢處于等待狀態(tài)的任務，判斷是否延時結束，否則將重新進行任務調度。

為GP32編寫的函數(shù)OSTickISR（）的代碼如下：

void OSTickISR（）void{

asm{

pshh

LDA T1SC

BCLR 7，T1SC //允許中斷嵌套

}

OsintEnter（）; /*標志進入中斷*/

OSTimeTick（）； /*調用時鐘節(jié)拍函數(shù)*/

OSlntExit（）； /*標志退出中斷*/

Asm{

Pulh

Rti

}}

和μC/OS-II中的其他中斷服務程序一樣，OSTickISR（）首先在被中斷任務堆棧中保存CPU寄存器的值，然后調用OSIntEnter（）。μC/OS-II要求在中斷服務程序開頭調用OSIntEnter（），其作用是將記錄中斷嵌套層數(shù)的全局變量OSIntNesting加1。如果不調用OSIntEnter（），直接將OSIntNesting加1也是允許的。隨后，OSTickISR（）調用OSTimeTick（），檢查所有處于延時等待狀態(tài)的任務，判斷是否有延時結束就緒的任務。在OSTickISR（）的最后調用OSIntExit（），如果在中斷中（或其他嵌套的中斷）有更高優(yōu)先級的任務就緒，并且當前中斷為中斷嵌套的最后一層，OSIntExit（）將進行任務調度。注意：如果進行了任務調度，OSIntExit（）將不同志返回調用者，而是用新任務的堆棧中的寄存器數(shù)值恢復CPU現(xiàn)場，然后用IRET實現(xiàn)任務切換。如果當有中斷不是中斷嵌套的最后一層，或中斷中沒有改變任務的就緒狀態(tài)，OSIntExit（）將返回調用者OSTickISR（），最后OSTickISR（）返回被中斷的任務。

4.OS_CPU08.C文件

μC/OS-II的移植需要用戶在OS_CPU08.C中定義6個函數(shù)：

OSTaskStkInit（）

OSTaskCreateHook（）

OSTaskDelHook（）

OSTaskSwHook（）

OSTaskStatHook（）

OSTimeTickHook（）

實際需要定義的只有OSTaskStkInit（）函數(shù)，其他5個函數(shù)需要聲明，但不一定有實際內容。這5個函數(shù)都是用戶定義，所以OS_CPU08.C中只有定義，沒有給出代碼。如果用戶需要使用這些函數(shù)，請將文件OS_CFG.H中的#define

constant OS_CPU_HOOKS_EN設為1，設為0表示不使用這些函數(shù)。

OSTaskStkInit（）函數(shù)由任務創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate（）或OSTaskCreateExt（）調用，用來初始化任務的堆棧。初始狀態(tài)的堆棧模擬發(fā)生一次中斷后的堆棧結構，按照中斷后的進棧次序預留各個寄存器存儲空間；而中斷返回地址指向任務代碼的起始地址。當調用OSTaskCreate（）或OSTaskCreateExt（）創(chuàng)建一個新任務時，需要傳遞的參數(shù)是：任務代碼的起始地址、參數(shù)指針（pdata）、任務堆棧頂端的地址、任務的優(yōu)先級。OSTaskCreateExt（）還需要一些其他參數(shù)，但與OSTaskStkinit（）沒有關系。OSTaskStkInit（）只需要以上提到的3個參數(shù)（task、pdata和ptos）。堆棧初始化工作結束后，OSTaskStkInit（）返回新的堆棧棧頂指針，OSTaskCreate（）OSTaskCreateExt（）將指針保存在任務的OS_TCB中。

Void*OSTaskStklint（void（*task）（void*pd），void*pdata，void*ptos，INT16U

opt）

{

INT16U *stk;

stk=（INT16U*）ptos; /*保存堆棧指針*/

*--stk=（INT16U）（task）; /保存程序計數(shù)器內容*/

*--stk=（INT16U）（0x00）; /初始化X和A寄存器內容*/

--stk=（INT16U）（0x00）; /*初始化CCR和H寄存器*/

return（（void*）stk）;

}

其余的幾個函數(shù)：OSTaskCreateHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskStatHook和OSTimeTickHook（）均由用戶自定義。

四、制作用戶自己的項目

在為內核編寫了上述與硬件相關的代碼以后，用戶就可以為自己的項目編寫實際的代碼了。在本例中，用戶任務共有兩個。任務1在初始化時鐘中斷以后，就進入了一人死循環(huán)。在這個循環(huán)里，任務1一方面以1s（秒）為周期改變并行I/O口PORTA第0個引腳的輸出電壓，另一方面每隔4s便向任務2發(fā)送1個信號。而任務2則始終等待任務1發(fā)來的信號，一旦收到信號，便改變并行I/O口PORTA第1個引腳的輸出電壓。具體的代碼如下：

/*****************************************

* EXE2.C

*******************************************/

#include＜hidef.h＞

#include “includes.h”

Byte PORTA @0x0000; /*并口A地址$0000*/

Byte DDRA @0x0004; /*并口A方向寄存器地址$0004*/

Byte T1SC @0x0020; /*定時器控制寄存器地址$0020*/

Byte T1MODH@0x0023; /*定時器模式寄存器地址$0023*/

OS_EVENT *Semaphore；

#define TASK_STK_SIZE 64 /*任務堆棧大小64字節(jié)*/

INT8U Task1Stk［TASK_STK_SIZE］; /*定義任務1堆棧*/

INT8U Task2Stk［TASK_STK_SIZE］; /*定義任務2堆棧*/

Void Hardwareinit（void）;

Void Task1（void*pdata）

{int count=0;

/*int count=0;

/*初始化定時器*/

asm{

LDA #0x50

STA T1SC

LDHX #0x0333 //設定定時器間隔100ms

STHX T1MODH

CLI

}

for（;;）{

PORTA&=0xFE;

OSTimeDly（5）; /*延時0.5s*/

PORTA|=0x01;

/*延時0.5s*/

DSTimeDly（5）;

Count++;

If（count= =4）{

OSSemPost（Semaphore）;

Count=0;

}

}}

void Task2（void *pdata）

{

Byte err;

For（;;）{

OSSemPend（Semaphore，0，&err）;

PORTA&=0xFD：

OSSemPend（Semaphore，0，&err）;

PORTA|=0x02;

}

}

void main（void）{

Hardwarelnit（）; /*完成硬件的初始化工作*/

Oslint（）; /*初始化多任務環(huán)境*/

Semaphore=OSSemCreate（0）;

OSTaskCreate（Task1，（void*）0，（void*）&Task1Stk

［TASK_STK_SIZE］，10）;

OSTaskCreate（Task2，void*）0，（void*）&Task2Stk

［TASK_STK_SIZE］，9）;

OSStart（）;

}

在主程序main（）中，用戶必須先調用OSInit（），然后創(chuàng)建各個任務和信號量等，最后調用OSStart（），以啟動內核運行，開始正常的任務調度。

本例中盡量減小了對RAM的需求：假如中斷嵌套層數(shù)不超過三層，所需事件只有一個，即只需要一個事件控制塊；應用中對μC/OS-II提供的功能進行最大限度的裁剪，能不用的盡量不用。采用了上述措施后，μC/OS-II的RAM使用情況大致如下：μC/OC-II所使用的全局變量占用22字節(jié)，事件控制塊占用12字節(jié)。此外，當系統(tǒng)初始化時，還需要最小30字節(jié)的系統(tǒng)堆棧用于初始化TCB，并傳遞參數(shù)。以上為μC/OS-II中系統(tǒng)所必需的RAM，計64字節(jié)。

假設給每個任務分配64個字節(jié)的堆棧空間，其中用于任務控制塊17字節(jié)，允許三層中斷嵌套要用18字節(jié)，任務切換時的棧結構要用8字節(jié)。由于程序是用C語言編寫的，確切的子函數(shù)嵌套調用層數(shù)是不知道的。如果不使用本身需要緩沖區(qū)的C語言函數(shù)，如printf（）等，任務中程序調用所產(chǎn)生的嵌套層數(shù)不超過10層，則64字節(jié)中還能分析給任務局部變量的空間只剩下1字節(jié)了。這是能分配任務的最小RAM空間了。

綜上所述，GP32的512字節(jié)RAM可分為8個64字節(jié)的RAM塊。如果運行4個任務，能留給應用程序的RAM也只剩下128字節(jié)了。如果在GP32上運行μC/OS-II，且不多于8個任務，則任務調度表可以再簡化，不需要調度64個任務，只調度8個任務就可以了。

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