嵌入式操作系统uCOS移植

嵌入式操作系统µCOS 在M16C62芯片上的移植姓名：彭道远学号：班级：同组人姓名：指导老师：完成时间：目录一、前言 (3)二、移植细节 (3)1、对硬件平台的认识 (3)2、uC/OS-II的移植 (5)2.1 OS_CPU.H (5)2.2 OS_CPU_A.a30 (6)2.3 OS_CPU_C.C (8)2.4 OS_CFG.H (10)2.5 M16C/62系列芯片中断 (12)三、多任务系统设计 (15)1、M16C62A单片机资源分配 (15)2、多任务设计 (15)3、程序结构图 (15)4、主程序 (16)四、总结 (21)五、参考文献 (21)嵌入式操作系统µC/OS在M16C/62芯片上的移植摘要：μC/OS-Ⅱ是一个源码公开的实时嵌入式操作系统，它的特点在于公开的源代码，很强的移植性，占先式多任务，每个任务有单独的栈，中断管理及很强的稳定性与可靠性等，目前越来越受到实时嵌入式系统设计者的关注，本文详细讲述了如何把uC/OS-II操作系统移植到M16C62单片机中，并给出了以M16C62单片机为核心处理器构成的一个实时多任务系统的设计方案。

关键词：嵌入式操作系统、 uC/OS-II、 M16C62 单片机、实时、多任务一．前言随着微电子技术和网络的发展，人们对网络的认识日益深入。

网络终端产品也越来越受到人们的关注，嵌入式操作系统的应用也得到了前所未有的发展，人们对嵌入式的研究也有了长足的进步。

基于某个操作系统的实时、多任务系统的设计合应用成为单片机应用的新的发展趋势。

uC/OS是一个公开源代码的嵌入式操作系统，uC/OS-II是由uC/OS V1.1版升级而来，在原来版本的基础上，uC/OS-II有了许多新功能，如：内存管理；在任务建立、删除、任务切换、时钟节拍切换处理过程中，允许用户调用自定义的函数；支持任务控制块（TCB）功能扩展；能效验各堆栈使用情况；以及其它一些新功能。

M16C62单片机是三菱公司在90年代末推出的新一代16位单片机，是目前应用最广泛的16位单片机之一。

M16C族单片机融合了基于寄存器和基于存储器型两种结构的优点，从而能够实现类似RISC的高速处理性能。

M16C62单片机具有超低功耗、极强的抗干扰能力和很高的C语言编程效率等特点，片内集成了10位A/D转换器、DMA控制器、异步通信通道、定时器等丰富的周边功能电路模块，非常适合应用在小型实时、多任务、嵌入式系统中。

把uC/OS-II移植到M16C62单片机中，就可以构成一个实时多任务应用系统。

下面把uC/OS-II移植到M16C62单片机中，并以此设计一个实时多任务系统。

二．移植细节1 对硬件平台的认识硬件基础：M16C62 单片机瑞萨芯片型号：M30620FCAFPIDE: TM (Tool Manager)Debugger: KD30Compiler: NC30WA V 4.00 R2闪存ROM写入工具：FlashstartM16C/62 ROM: Flash Memory Version: 128KbRAM: 10Kb晶振：16MHz电源：5V 5mAM16C Registers2 uC/OS-II的移植uC/OS-II采用完全占先式的实时内核，最多可以管理63个任务，每个任务对应一个不同的优先级，因而，uC/OS-II操作系统并不支持时间片轮转调度法。

但是全部UC/OS-II的函数调用与服务的执行时间是可知的，也就是，uC/OS-II系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。

另外，uC/OS-II中每个任务都有自己单独的栈，每个栈的大小可以根据应用程序的需要进行分配，这样压低了系统对RAM的需求；在中断管理方面，uC/OS-II中的中断可以使正在执行的任务挂起，如果优先级更高的任务被中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，uC/OS-II的中断嵌套可达255层。

uC/OS-II的源码大部分是用可移植性很强的ANSI C 写的。

只是和微处理器有关的很小一部分代码是用汇编写的，这样把uC/OS-II移植到MC16C62中就变得相对容易很多，主要是要修改和处理器有关的代码,如：OS-CPU.H、OS-CPU-A.ASM(OS_CPU_A.A30)、OS-CPU-C.C。

2.1 OS-CPU.H头文件OS_CPU.H头文件主要是定义和处理器有关的数据类型，在M16C62中的数据类型包括无符号整型、有符号整型、无符号字符型、有符号字符型等。

因此，OS_CPU.H头文件对这些类型进行全新的定义。

除了和处理器有关的数据类型定义外，在OS-CPU.H中还作了有关中断禁止、中断允许、堆栈的增长方向等一些简单宏的定义。

2.1.1 数据类型typedef unsigned char BOOLEAN;typedef unsigned char INT8U; /* Unsigned 8 bit quantity */typedef signed char INT8S; /* Signed 8 bit quantity */typedef unsigned int INT16U; /* Unsigned 16 bit quantity */typedef signed int INT16S; /* Signed 16 bit quantity */typedef unsigned long INT32U; /* Unsigned 32 bit quantity */typedef signed long INT32S; /* Signed 32 bit quantity */typedef INT16U OS_STK; /* Each stack entry is 16-bit wide */typedef INT16U OS_CPU_SR; /* Type of CPU status register */2.1.2 进出临界段代码#define OS_CRITICAL_METHOD 2/******************退出临界区后开中断#if OS_CRITICAL_METHOD == 1#define OS_ENTER_CRITICAL() asm("FCLR I") /* Disable interrupts*/#define OS_EXIT_CRITICAL() asm("FSET I") /* Enable interrupts */#endif/*****************退出临界区后中断状态位不变************************/#if OS_CRITICAL_METHOD == 2#define OS_ENTER_CRITICAL() asm("PUSHC FLG");asm("FCLR I")/* Disable interrupts*/#define OS_EXIT_CRITICAL() asm("POPC FLG") /* Enable interrupts*/#endif#if OS_CRITICAL_METHOD == 3#define OS_ENTER_CRITICAL() asm("STC FLG, $@", cpu_sr);asm("FCLR I")/* Disable interrupts*/#define OS_EXIT_CRITICAL() asm("LDC $@, FLG", cpu_sr) /*Enable interrupts */#endif2.1.3 堆栈增长方向#define OS_STK_GROWTH 1 /* Stack grows from HIGH to LOW memory */2.1.4 任务级切换//软中断指令实现任务切换，中断向量必须指向OSCtxSw()#define OS_TASK_SW() asm("INT #32") /* Mapped to the software interrupt 0 */2.2 OS-CPU-A.a30文件在OS-CPU-A.a30文件中包含四个汇编语言的函数：OSStartHighRdy（）、OSCtxsw（）、OSIntCtxsw（）、OSTickISR（）。

在uC/OS-II中处于就绪态的任务的堆栈结构，看起来和刚中断的情形是一样的。

要想运行最高优先级任务，移植要做的是就是将所有处理器的寄存器按顺序从任务堆栈中恢复出来，并且通过一条中断返回语句来实现任务的切换。

因而，OSStartHighRdy（）就是使要恢复的任务堆栈指针指到任务控制块的0偏址的内存单元中。

也就是要把保存在任务堆栈中的数据以及CPU寄存器,如R0、R1、R2、R3、A0、A1、SB和FB返回到系统当前的寄存器中，并把当前堆栈指针指到PC指针的位置。

在uC/OS-II中任务的切换问题是通过发软件中断命令或依靠处理器执行陷阱指令来完成的。

但是中断服务例程、陷阱或异常处理例程的向量地址必须指向OSCtxSw（）。

在M16C62单片机中可以通过定义软件中断0来完成任务的切换。

因而，在M16C62中的中断向量表中的32号软件中断地址指向OSCtxSW（）。

对应的中断号为32。

OSInCtxSw（）用来在ISR中执行切换功能。

由于这个函数本身就是在中断中被调用，因而，在中断处理时寄存器的状态已经都被正确保存了。

在OSInCtxSw（）函数中要进行堆栈清理工作，只有这样被中断的任务的堆栈内容才能正确返回。

OSTickISR（）这个函数是UC/OS-II所要求的时钟基准，即时钟节拍，uC/OS-II的时钟节拍频率在10到100之间，通常为了计算方便而设为整数。

在M16C62中有多个定时计数器可以选择用来作为系统的时钟基准。

在该系统中利用时钟定时器A0来产生频率为200Hz的一个时钟节拍。

OSTickISR（）是一个中断响应函数，因而必须在M16C62的中断向量表中，A0的中断向量应分配给OSTickISR（），对应的中断向量号是21。

/*****************************os_cpu_c.a30*******************/.glb _OSTCBCur ;全局变量.glb _OSTCBHighRdy.glb _OSPrioCur.glb _OSPrioHighRdy.glb _OSIntNesting.glb _OSRunning.glb _OSIntExit ;中断返回程序.glb _OSTimeTick.glb _OSTaskSwHook;*******************************OSStartHighRdy() 启动优先级最高的就绪任务.section program.glb _OSStartHighRdy_OSStartHighRdy:JSR _OSTaskSwHookMOV.W _OSTCBHighRdy,A0LDC [A0],ISPMOV.B #01H,_OSRunningPOPM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBREIT;*********************************OSCtxSw() 任务切换.section program.glb _OSCtxSw_OSCtxSw:PUSHM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBMOV.W _OSTCBCur,A0STC ISP,[A0]JSR _OSTaskSwHookMOV.W _OSTCBHighRdy,_OSTCBCurMOV.W _OSPrioHighRdy,_OSPrioCurMOV.W _OSTCBHighRdy,A0LDC [A0],ISPPOPM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBREIT;***********************************OSIntCtxSw() ISR中任务切换.section program.glb _OSIntCtxSw_OSIntCtxSw:JSR _OSTaskSwHookMOV.W _OSTCBHighRdy,_OSTCBCurMOV.W _OSPrioHighRdy,_OSPrioCurMOV.W _OSTCBHighRdy,A0LDC [A0],ISPPOPM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBREIT;***********************************OSTickISR() 时钟节拍中断子程序.section program.glb _OSTickISR_OSTickISR:PUSHM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBINC.B _OSIntNestingCMP.B #1,_OSIntNestingJNE AAAMOV.W _OSTCBCur,A0STC ISP,[A0]AAA:JSR _OSTimeTickJSR _OSIntExitPOPM R0,R1,R2,R3,A0,A1,SB,FBREIT.END2.3 OS_CPU_C.C文件在这个C文件中包含10个简单的C函数，而这10个函数中和移植关系最密切的OSTaskInit（）函数，这个函数是用来创建一个任务堆栈。