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uC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:451

引 言:
  目前,实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。uc/os-ii作为一个实时内核,由于其源码公开、代码规范,广受开发人员的喜爱。spce061a是凌阳公司继u’nsptm系列产品spce500a等之后新推出的一款16位单片机,内部集成a/d、d/a等多种接口电路,能很方便地嵌入工业控制的各种场合。更重要的是,其内嵌2k字的sram和32k的flash rom,因此,在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现uc/os-ii系统的移植。

1 uc/os-ii实时操作系统介绍

  uc/os-ii是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统,它以源代码的形式给出。其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。系统最多支持56个任务,每个任务均有一个独有的优先级。由于其内核为抢先式,所以总是处于运行态最高优先级的任务占用cpu。系统提供了丰富的api函数,实现进程之间的通信以及进程状态的转化。

2 uc/os-ii系统结构分析与移植

  uc/os-ii的软件体系结构如图1所示。从图1中可以看到,如果要使用uc/os-ii, 必须为其编写os_cpu.h、os_cpu_c.c、os_cpu_a.asm三个文件。这三个文件是与芯片的硬件特性有关的,它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。其它文件用c写成,它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。

众所周知,uc/os-ii是一个多任务操作系统。既然是多任务,就需要解决任务切换的问题。任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作,所以它主要用汇编语言写成,因此,对于不同的单片机,其任务切换的代码是不同的;但是只要理解其原理,就能举一反三,以不变应万变。下文将重点讲解任务切换的原理。多任务系统在运行时每个任务好像独立占用cpu一样,因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。该堆栈的作用是保存任务被切换前时cpu各寄存器的值以及系统堆栈的数据。根据以上讨论,可总结出在进行任务切换时需要完成的工作,主要步骤如下:   ① 将当前任务cpu所有的寄存器压栈;
  ② 将cpu系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中;
  ③ 得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针;
  ④ 恢复下一个任务的cpu寄存器的值;
  ⑤ 恢复下一个任务的系统堆栈中的数据;
  ⑥ 通过中断返回指令或函数返回指令,间接修改pc寄存器的值来进行任务切换。

  在为ucos-ii编写任务切换代码时需要注意的是:ucos-ii在每次发生中断后都会产生任务调度,但在中断结束后进行的任务切换,不能调用普通任务切换函数,这是因为在中断过程中往往伴随将cpu的状态寄存器压栈操作。以凌阳单片机为例,在中断后,芯片将pc和sr寄存器的值压入堆栈,因此,在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。

  在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。ucos-ii要求系统能产生10~100hz的时钟节拍。该时钟节拍由硬件定时器产生。仍以凌阳单片机为例,可选用时基信号tmb2产生128hz中断,作为系统时钟节拍的产生源。系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成,由于其主要功能在用c编写的子函数中实现,因此,编写该服务子程序的难度不大。

3 uc/os-ii bsp代码的编写

  bsp(板级支持包)是介于底层硬件和操作系统之间的软件层,它对底层硬件进行封装,使得操作系统不再面对具体的硬件。我们以凌阳space061a单片机为例介绍bsp代码的编写。

3.1 任务切换

  凌阳space061a单片机有r1~r5 五个通用寄存器,还有1个sr(cpu状态寄存器),再加上pc,总共有7个cpu内部寄存器在任务切换时需要保存。ucos-ii系统调用osctxsw( )来实现任务的切换,下面给出其部分代码:
_osctxsw:
pushall // 将所有寄存器压栈
osintctxsw_in:
// 求出系统堆栈的长度 ,并将其存入r2
r1=sp
r2=osstkstart
r1+=1
r2=r2-r1
r1=[_ostcbcuγ]// r1≤ostcbstkptr, r1 为任
//务堆栈的头指针
r1=[r1] // 首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[r1]=r2
r3=osstkstart // 得到堆栈的起始地址
// 保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
r3-=1
r1+=1
r4=[r3]
[r1]=r4
r2-=1
jnz save_stack
call _ostaskswhook
r1=[_ostcbhighrdy]
[_ostcbcur]=r1
r1=[_ospriohighrdy]
[_ospriocur]=r1
jmp osctxsw_in

3.2 ucos-ii系统时钟

  以凌阳spce061a单片机的tmb2时基信号作为系统时钟,每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断,在中断服务子程序中会调用ostickisr()函数,汇编代码如下:
_osti

引 言:
  目前,实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。uc/os-ii作为一个实时内核,由于其源码公开、代码规范,广受开发人员的喜爱。spce061a是凌阳公司继u’nsptm系列产品spce500a等之后新推出的一款16位单片机,内部集成a/d、d/a等多种接口电路,能很方便地嵌入工业控制的各种场合。更重要的是,其内嵌2k字的sram和32k的flash rom,因此,在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现uc/os-ii系统的移植。

1 uc/os-ii实时操作系统介绍

  uc/os-ii是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统,它以源代码的形式给出。其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。系统最多支持56个任务,每个任务均有一个独有的优先级。由于其内核为抢先式,所以总是处于运行态最高优先级的任务占用cpu。系统提供了丰富的api函数,实现进程之间的通信以及进程状态的转化。

2 uc/os-ii系统结构分析与移植

  uc/os-ii的软件体系结构如图1所示。从图1中可以看到,如果要使用uc/os-ii, 必须为其编写os_cpu.h、os_cpu_c.c、os_cpu_a.asm三个文件。这三个文件是与芯片的硬件特性有关的,它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。其它文件用c写成,它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。

众所周知,uc/os-ii是一个多任务操作系统。既然是多任务,就需要解决任务切换的问题。任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作,所以它主要用汇编语言写成,因此,对于不同的单片机,其任务切换的代码是不同的;但是只要理解其原理,就能举一反三,以不变应万变。下文将重点讲解任务切换的原理。多任务系统在运行时每个任务好像独立占用cpu一样,因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。该堆栈的作用是保存任务被切换前时cpu各寄存器的值以及系统堆栈的数据。根据以上讨论,可总结出在进行任务切换时需要完成的工作,主要步骤如下:   ① 将当前任务cpu所有的寄存器压栈;
  ② 将cpu系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中;
  ③ 得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针;
  ④ 恢复下一个任务的cpu寄存器的值;
  ⑤ 恢复下一个任务的系统堆栈中的数据;
  ⑥ 通过中断返回指令或函数返回指令,间接修改pc寄存器的值来进行任务切换。

  在为ucos-ii编写任务切换代码时需要注意的是:ucos-ii在每次发生中断后都会产生任务调度,但在中断结束后进行的任务切换,不能调用普通任务切换函数,这是因为在中断过程中往往伴随将cpu的状态寄存器压栈操作。以凌阳单片机为例,在中断后,芯片将pc和sr寄存器的值压入堆栈,因此,在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。

  在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。ucos-ii要求系统能产生10~100hz的时钟节拍。该时钟节拍由硬件定时器产生。仍以凌阳单片机为例,可选用时基信号tmb2产生128hz中断,作为系统时钟节拍的产生源。系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成,由于其主要功能在用c编写的子函数中实现,因此,编写该服务子程序的难度不大。

3 uc/os-ii bsp代码的编写

  bsp(板级支持包)是介于底层硬件和操作系统之间的软件层,它对底层硬件进行封装,使得操作系统不再面对具体的硬件。我们以凌阳space061a单片机为例介绍bsp代码的编写。

3.1 任务切换

  凌阳space061a单片机有r1~r5 五个通用寄存器,还有1个sr(cpu状态寄存器),再加上pc,总共有7个cpu内部寄存器在任务切换时需要保存。ucos-ii系统调用osctxsw( )来实现任务的切换,下面给出其部分代码:
_osctxsw:
pushall // 将所有寄存器压栈
osintctxsw_in:
// 求出系统堆栈的长度 ,并将其存入r2
r1=sp
r2=osstkstart
r1+=1
r2=r2-r1
r1=[_ostcbcuγ]// r1≤ostcbstkptr, r1 为任
//务堆栈的头指针
r1=[r1] // 首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[r1]=r2
r3=osstkstart // 得到堆栈的起始地址
// 保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
r3-=1
r1+=1
r4=[r3]
[r1]=r4
r2-=1
jnz save_stack
call _ostaskswhook
r1=[_ostcbhighrdy]
[_ostcbcur]=r1
r1=[_ospriohighrdy]
[_ospriocur]=r1
jmp osctxsw_in

3.2 ucos-ii系统时钟

  以凌阳spce061a单片机的tmb2时基信号作为系统时钟,每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断,在中断服务子程序中会调用ostickisr()函数,汇编代码如下:
_osti

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