嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ的移植

1、引言

　　嵌入式系統(tǒng)由于它具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)已經(jīng)使它在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[3]。從家里的洗衣機(jī)、電冰箱，到作為交通工具的自行車、小汽車，到辦公室里的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)通常由硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)構(gòu)成。在嵌入式操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理下實(shí)現(xiàn)對(duì)所有系統(tǒng)資源的合理利用和分配，達(dá)到提高系統(tǒng)性能和有效利用有限資源的目的。μCOS-Ⅱ作為一個(gè)源碼開放的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)具有良好的可移植性、可裁剪性、可剝奪性、穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為許多嵌入式操作系統(tǒng)的首選。本文將μCOS-Ⅱ在Freescale的8位處理器芯片HC9S08上移植實(shí)現(xiàn)。

2、μCOS-Ⅱ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　μCOS-Ⅱ是一個(gè)完整的可移植可固化可裁剪的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核?？梢栽诓恍枰龊艽笮薷牡幕A(chǔ)上方便的移植到多種處理器上。條件是：該處理器要具有一定數(shù)量的堆棧，能夠使用軟件中斷，產(chǎn)生定時(shí)器中斷，此外，編譯器要支持可重入代碼，并且要能使用匯編實(shí)現(xiàn)對(duì)處理器內(nèi)部寄存器的相關(guān)操作[2][4]。通過(guò)μCOS-Ⅱ的管理，使多個(gè)任務(wù)之間相互協(xié)調(diào)，分時(shí)的占用CPU，實(shí)現(xiàn)充分利用資源和實(shí)時(shí)等相應(yīng)的功能。
任務(wù)通常是一個(gè)死循環(huán)，用來(lái)完成某一特定的功能；一個(gè)任務(wù)相當(dāng)于一個(gè)線程。μCOS-Ⅱ可以管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都具有一個(gè)唯一的合法優(yōu)先級(jí)。但是，優(yōu)先級(jí)最低的那個(gè)任務(wù)已經(jīng)被系統(tǒng)定義為空閑任務(wù)，用戶不能使用。用戶可以通過(guò)函數(shù)OSTaskCreate()來(lái)創(chuàng)建任務(wù)，通過(guò)OSTaskDel()來(lái)刪除任務(wù)。任務(wù)可能有以下五種狀態(tài)：睡眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、等待狀態(tài)、中斷服務(wù)態(tài)。利用不同的系統(tǒng)函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)在各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。μCOS-Ⅱ通過(guò)對(duì)就緒表的操作總是選擇在就緒任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)開始運(yùn)行。任務(wù)級(jí)的調(diào)度是由函數(shù)OSSched()來(lái)完成的；而中斷級(jí)的調(diào)度是由OSIntExt()完成的。任務(wù)切換的過(guò)程分為兩步：將被掛起任務(wù)的處理器寄存器狀態(tài)保存在它的任務(wù)堆棧中；將將要執(zhí)行的任務(wù)堆棧中保存的寄存器值彈到處理器中，然后執(zhí)行中斷返回指令。這樣新的任務(wù)就擁有了CPU，開始執(zhí)行。直到它掛起，或者是被更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)中斷。μCOS-Ⅱ就是在對(duì)各種任務(wù)的切換之間起協(xié)調(diào)作用的協(xié)調(diào)者。

3、HC9S08的硬件結(jié)構(gòu)

　　每個(gè)HCS08 系列的MCU 都是由HCS08 核加上幾個(gè)存儲(chǔ)器以及外設(shè)模塊組成。HCS08 核主要包括：

　?、貶CS08 CPU
　?、诒尘罢{(diào)試控制器(BDC)
　?、壑С侄噙_(dá)32個(gè)中斷/復(fù)位源
　　④芯片級(jí)地址譯碼

　　HCS08CPU包括和M68HC08相同的寄存器。其中包括一個(gè)8位累加器(A)，一個(gè)可分別存取高8位和低8位的16位變址寄存器(HX)，一個(gè)16位棧指針(SP)，一個(gè)16 位程序計(jì)數(shù)器(PC)和一個(gè)狀態(tài)碼寄存器(CCR)，該CCR 包含5個(gè)處理器狀態(tài)標(biāo)志(V，H，N，Z 和C)和全局中斷屏蔽標(biāo)志(I)。HCS08核定義的5個(gè)主要的存儲(chǔ)空間。

　　直接頁(yè)寄存器主要包括I/O 端口寄存器和大部分的外設(shè)控制和狀態(tài)寄存器；RAM區(qū)的地址緊接在直接頁(yè)寄存器地址的后面并且向高地址延伸，堆?？臻g就落在RAM中。一般將堆棧的棧頂初始化在RAM的高地址部分。和大部分的處理器一樣，HCS08的堆棧增長(zhǎng)方向是向下的。高地址頁(yè)寄存器位于$1800到$182B之間，由于這些寄存器比直接頁(yè)寄存器的使用頻率要少的多，所以它們沒(méi)有安排在珍貴的直接頁(yè)地址空間中；FLASH存儲(chǔ)器分配64K字節(jié)的存儲(chǔ)空間最終分配到地址$FFFF。這一塊的起始地址取決于MCU有多少FLASH存儲(chǔ)空間；向量區(qū)是FLASH區(qū)的一部分，位于$FFC0-$FFFF中，但是它是單獨(dú)解碼的，所以當(dāng)中斷向量取出時(shí)別的HCS08模塊可以識(shí)別出來(lái)。