μC/OS-II在ATmega128單片機上的移植與開發(fā)

將μCOS-II移植到ATmega128單片機上

移植就是使一個實時內(nèi)核能在ATmega128上運行。μCOS-II大部分的代碼是用ANSIC編寫的，因此移植性很好。但是對不同的微處理器，仍然需要使用C和匯編語言來編寫其中與處理器相關的代碼，寄存器的讀、寫只能通過匯編語言的存儲和加載指令來實現(xiàn)。要使μCOS-II能夠正常工作，處理器必須滿足以下要求：

①處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼;可重入代碼是指可以被一個以上的任務調(diào)用，而不必擔心其數(shù)據(jù)會被破壞的代碼?？芍厝氪a任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以重新運行，而相應的數(shù)據(jù)不會丟失，不可重入代碼則不行。本文所使用ImageCrafT公司的ICCAVRV6. 30編譯器能產(chǎn)生可重入代碼;

②用C語言可以打開和關閉中斷，本文所使用的ICCAVRV6. 30編譯器支持在C語言中內(nèi)嵌匯編語句且提供專門開關中斷的宏：CLI() 和SEI() 。這樣，使得在C語言中開關中斷非常方便;

③處理器支持中斷，并且能夠產(chǎn)生定時中斷(通常在10-100Hz 之間) ，ATmega128，有3 個定時器，能產(chǎn)生μC/OS-Ⅱ所需的定時中斷;

④ 處理器能夠支持容納一定數(shù)量的硬件堆棧，ATmega128有4KRAM，硬件堆?？梢蚤_辟在這4KRAM中;

⑤處理器有將堆棧指針和其他寄存器讀取和存儲到堆?；騼?nèi)存的指令，一般的單片機都滿足這個要求(如PUSH、POP指令) ，且ATmega128還具有直接訪問I/O寄存器的指令( IN、OUT等) 。

移植的實現(xiàn)μC/OS-Ⅱ的移植工作包括以下幾個內(nèi)容：

(1) 用Typedef聲明與編譯器相關的數(shù)據(jù)類型(在OS-CPU. H文件中) ，由于不同的微處理器有不同的字長，在μC/OS-Ⅱ代碼中不能使用C語言的shORT、inT、lOng 等數(shù)據(jù)類型，而采用INT8U、INT16U、INT32U等直觀又可移植的數(shù)據(jù)類型來代換相應數(shù)據(jù)類型。

(2) 用# definE設置一個常量OS-STK-GROWTH的值(OS-CPU. H) ，決定堆棧的生長方向，置0表示堆棧從下往上生長，置1表示堆棧從上往下生長。

(3) # definE聲明三個宏(OS-CPU. H) 。即進入臨界代碼段(criTicaLcOdEsecTiOn) 的方法OS-CRITICAL-METHOD定義為3 ，在宏OS-ENTER-CRITICAL() 中得到當前處理器狀態(tài)字的值，并將其保存在C函數(shù)的局部變量中，這個變量在宏OS-EXIT-CRITICAL( ) 中用于恢復PSW。宏OS-TASK-SW() 是在內(nèi)核從低優(yōu)先級任務切換到高優(yōu)先級任務時用到的，它總是在任務級代碼中被調(diào)用。在ATMEGA128上移植，直接調(diào)用OSCTxSw () 任務切換函數(shù)就可以了。

(4) 用C語言編寫十個簡單的函數(shù)(OS-CPU-C. C) ，OS2TAskSTKIniT() ;OSIniTHoOkBegiN() ;OSIniTHoOKEnd () ; OSTAskCreaTeHoOK( ) ;OSTAskDelHoOK( ) ;OSTAskSw HoOK();OSTAskSTaTHoOK() ;OSTimETickHoOk () ;OSTCB IniTHoOK() ;OSTAsKIdleHoOK() ;實際需要修改的只有OSTAskSTKIniT() 函數(shù)，其它九個函數(shù)都是由用戶定義的。如果用戶需要使用這九個函數(shù)，可將文件OS-CFG. H中的# definEcOnsTAnTOS-CPU-HOOKS-EN設為1，設為0表示不使用這些函數(shù)。函數(shù)OSTAskSTKIniT( ) 是由OSTAskCreaTE() 或OSTAskCreaTEExT() 調(diào)用，用來初始化任務堆棧的。經(jīng)初始化后的任務堆棧應該跟發(fā)生過一次中斷后任務的堆棧結構一樣。由前敘述可知，ATmega128在發(fā)生中斷后，自動保存了程序計數(shù)器PC。為了保存全部現(xiàn)場，還需要保存狀態(tài)寄存器SREG ，R0～R31這32個通用寄存器及SP的值。

(5) 編寫四個匯編語言函數(shù)(OS-CPU-A. S) ，OSSTARTHighRdy () 使就緒態(tài)任務中優(yōu)先級最高的任務開始運行;OSCTxSw () 完成將處理器的寄存器保存到堆棧中的任務后，將任務指針指向要恢復運行的任務，復制新任務的優(yōu)先級，得到新任務的堆棧指針，恢復將運行任務的寄存器;OSIntC2TxSw () 完成在ISR中執(zhí)行任務的切換;OSTicKISR() 提供系統(tǒng)時鐘節(jié)拍服務;這些函數(shù)涉及到出棧和入棧操作，因此需要用匯編語言編寫。做完以上工作，就是測試內(nèi)核的移植是否正確。測試一個實時內(nèi)核，可以運行一些簡單的任務和時鐘節(jié)拍中斷任務，一旦調(diào)試成功就可以在上面擴展功能。

硬件驅動程序的編寫

μCOS-II移植完成以后，就要在實時內(nèi)核之上編寫外設驅動程序。外設驅動程序可以提供訪問外圍設備的接口，把操作系統(tǒng)和外圍設備硬件分離開來，當外設改變時，只需修改設備驅動程序，不影響操作系統(tǒng)內(nèi)核。外設驅動程序主要完成以下功能：

(1) 對設備初始化和釋放;

(2) 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù);

(3) 讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù);

(4) 檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。對于擴展相應的API函數(shù)，不同的應用有不同的要求，可以根據(jù)硬件結構和實際應用，編寫操作系統(tǒng)的API函數(shù)。

基于μCOS-II進行擴展的RTOS的總體結構。在內(nèi)核上開發(fā)應用，在把內(nèi)核移植到自己的硬件目標板上后，在實時內(nèi)核的基礎上寫出相應的驅動程序、內(nèi)存操作等API函數(shù)，建立實時操作系統(tǒng)，最后利用這些API函數(shù)編寫用戶自己的應用程序，就構成了嵌入式系統(tǒng)軟件。而應用程序處于整個系統(tǒng)的頂層，根據(jù)具體應用要求，其功能有多個任務完成，每個任務可以調(diào)用API函數(shù)，也可以調(diào)用與處理器無關的代碼提供的系統(tǒng)服務。

總 結

采用μCOS-II內(nèi)核開發(fā)的RTOS具有良好的實時性，可裁剪性，應用它可以使產(chǎn)品更可靠，功能更強大，開發(fā)周期更短。該系統(tǒng)目前已在我院開發(fā)的護理用體態(tài)語言機上成功應用。