UC_OS_于MCS_51单片机的移植分析与研究

开 发 应 用
UC/OS-II于MCS-51单片机的移植分析与研究
葛建新
（河源职业技术学院，广东 河源 ５１７０００） 摘 要：本文对嵌入式实时操作系统ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ于ＭＣＳ－５１单片机的移植做了详细分析，并针对在Ｋｅｉｌ Ｃ５１编译器环境下对 移植所面临的一些特殊问题进行了说明。 关键词：ＭＣＳ－５１；嵌入式实时操作系统；ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ Analysis and Research of uc/os-II to MCS-51 GE Jian-xin (He Yuan polytechnic college,heyuan 517000 China) Abstract:This essay researches the transplant of uc/os-II on MCS-51,and details some peculiar transplant problems in the keil c51 environment. Key words: MCS-51;Embedded real time operating system;UC/os-II
随着电子产品应用软件的系统化以及系统实时性要求的 提高，在１６位／３２位单片机中广泛使用了嵌入式实时操作系 统。ＭＣＳ－５１作为８位系列单片机，与１６位／３２位单片机相比， 具有结构简单、应用灵活、成本低廉等特点，从经济性考 虑，对某些应用场合，ＭＣＳ－５１内嵌实时操作系统是可行的。 同时，ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ ｆｏｒ ＭＣＳ－５１即简单又全面，有意义推广。 １ ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ介绍 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ是一款源码公开的嵌入式实时操作系统，其具 有如下特点：①可移植：绝大部分ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ代码用移植性很 强的ＡＮＳＩ Ｃ语言实现，因此ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ可以在绝大多数８、１６、 ３２位微处理器、微控制器及数字信号处理器上运行。②可裁 剪：用户可以在应用程序中通过＃ｄｅｆｉｎｅ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ来定义所 需的ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ功能模块，以减少不必要的存储器空间开支。 ③占先式：ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ属完全占先式的实时内核，总是运行就 绪状态下优先级最高的任务。④多任务：可管理６４个任务， 支持５６个用户任务，赋予每个任务不同的优先级。⑤中断管 理：中断可使正在执行的任务暂时被挂起，如果优先级更高 的任务被唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立 即执行。中断嵌套可达２５５层。⑥其他特点：可固化、可确 定性，稳定性、可靠性强。 ２ ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ的移植 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ的移植必须具备的条件：①处理器的Ｃ编译器 能产生可重入型代码；②处理器支持中断，并能产生定时中 断；③用Ｃ语言就可以开／关中断；④处理器能支持一定数量 的数据存储硬件堆栈；⑤处理器有将堆栈指针以及其他 ＣＰＵ寄存器的内容读出、并存储到堆栈或内存中去的指令。 对于ＭＣＳ－５１单片机及其编译器来说，上面这些条件都 是可以满足的。 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ内核分为与处理器无关部分和与处理器相关部
收稿日期：２００９－０２－１６ 修回日期：２００９－０３－１５
分，其中与处理器相关的文件有三个：Ｃ语言文件ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ、 ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ｃ．Ｃ和汇编文件ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ａ．ＡＳＭ。主要移植工作就是针 对这三个文件做一些改写，使之与处理器相适合。 ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ中定义了与处理器相关的常量、宏和类型及其 他一些与处理器有关的函数。在ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ中进出代码的临界 区时要开关中断，在ＭＣＳ－５１中用ＥＡ＝０关中断；ＥＡ＝１开中断来 实现。这样定义既减少了程序行数，又避免了退出临界区后 关中断造成的死机；ＯＳ＿ＳＴＫ＿ＧＲＯＷＴＨ定义为０，因ＭＣＳ－５１堆栈 从 下 往 上 增 长 ； ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ中 进 行 任 务 切 换 时 通 过 执 行 ＯＳ＿ＴＡＳＫ＿ＳＷ（）来产生中断，要求处理器提供软中断或是陷阱 指令来完成这个功能，因为ＭＣＳ－５１没有软中断指令，所以用 程序调用代替，＃ｄｅｆｉｎｅ ＯＳ＿ＴＡＳＫ＿ＳＷ（） ＯＳＣｔｘＳｗ（），两者的 堆栈格式相同，而用ＲＥＴＩ指令复位中断系统。 ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ｃ．Ｃ文 件 中 需 要 用 户 定 义 １０个 Ｃ 语 言 函 数 ： ＯＳＴａｓｋＳｔｋＩｎｉｔ（）， ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔＨｏｏｋ（）， ＯＳＴａｓｋＤｅｌＨｏｏｋ（）， ＯＳＴａｓｋＳｗＨｏｏｋ（）， ＯＳＴａｓｋＳｔａｔＨｏｏｋ（）， ＯＳＴａｓｋＩｄｌｅＨｏｏｋ（）， ＯＳＴＣＢＩｎｉｔＨｏｏｋ（），ＯＳＴｉｍｅＴｉｃｋＨｏｏｋ（），ＯＳＩｎｉｔＨｏｏｋＢｅｇｉｎ（）， ＯＳＩｎｉｔＨｏｏｋＥｎｄ（）。实际必须定义的只有ＯＳＴａｓｋＳｔｋｌｎｉｔ（）函 数，其它９个函数需要声明，但不一定要有实际内容，它们 是由系统函数调用的钩挂函数，让用户能在操作系统中加入 自己需要的一些功能，如果不需要使用也可以不定义，但要 将ＯＳ＿ＣＦＧ．Ｈ中的ＯＳ＿ＣＰＵ＿ＨＯＯＫＳ＿ＥＮ设为０。ＯＳＴａｓｋＳｔｋｌｎｉｔ（）函 数由任务创建函数ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ （）或ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅＥｘｔ（）调 用，功能是初始化任务堆栈。初始状态的堆栈模拟发生一 次中断后的堆栈结构，按照中断后的进栈次序预留各个寄 存器的存储空间。它需要的参数是：任务代码起始地址 （ｔａｓｋ）、参数指针（ｐｄａｔａ）、任务堆栈顶端的地址（ｐｔｏｓ）。 堆栈初始化工作结束后，ＯＳＴａｓｋＳｔｋＩｎｉｔ（）返回新的堆栈指 针 ， ＯＳｒａｓｋＣｒｅａｔｅ（）将 指 针 保 存 在 任 务 的 ＯＳ＿ＴＣＢ中 。 在
作者简介：葛建新（１９８２－），男，助教，研究方向为单片机技术研究。
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中国西部科技
２００９年３月（下旬）第０８卷第０９期总 第１７０期
几个变量在汇编程序中用到了，为了使用Ｒｉ访问而不用 ＤＰＴＲ，应该用Ｋｅｉｌ Ｃ５１扩展关键字ＩＤＡＴＡ将它们定义在内部 ＲＡＭ中。另外，在Ｋｅｉｌ Ｃ５１中尽量使用指定存储类型的指针 （ｍｅｍｏｒｙ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｏｉｎｔｅｒ）而 不 使 用 一 般 指 针 （ｇｅｎｅｒｉｃ ｐｏｉｎｔｅｒ），外部变量都申明为ｘｄａｔａ类型，指向外部变量的 指 针 改 为 ｘｄａｔａ数 据 类 型 的 指 针 ， 指 向 函 数 的 指 针 改 为 ｃｏｄｅ数据类型的指针，这样效率高。 ４ 结束语 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ以源码公开，小内核，多任务，实时性、移 植性强，可靠性、稳定性高等特点越来越受到青睐，应用 越来越广泛。ＭＣＳ－５１作为结构简单、成本低廉的８位系列单 片机，内嵌实时操作系统，易于掌握，同时应用于某些项 目领域，在保证产品性能与质量的基础上，易于减少开发 成本。
参考文献： ［１］ Ｊｅａｎ Ｊ．Ｌａｂｒｏｓｓｅ著，邵贝贝等译．嵌入式实时操作系统ｕＣ／ＯＳ ＩＩ（第二版）［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００３． ［２］ 房小翠著．单片微型计算机与机电接口技术［Ｍ］．北京：国防工业 出版社，２００２． ［３］ 马忠梅著．单片机的Ｃ语言应用程序设计．北京：北京航空航天 出版社，２ＯＯ３．
８０５１中要保存的内容有任务地址、ＰＳＷ、ＡＣＣ、Ｂ、ＤＰＬ、ＤＰＨ、 Ｒ０－Ｒ７，还有由于函数重入引入的仿真栈指针？Ｃ＿ＸＢＰ。 ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ａ．ＡＳＭ文 件 中 需 要 改 写 ４ 个 汇 编 语 言 函 数 ： ＯＳＳｔａｒｔＨｉｇｈＲｄｙ（）， ＯＳＣｔｘＳｗ（）， ＯＳｌｎｔＣｔｘＳｗ（）， ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）。ＯＳＳｔａｒｔＨｉｇｈＲｄｙ（）主要功能是获取当前就绪 的最高优先级任务的堆栈指针，然后将其寄存器内容恢 复，并用ＲＥＴＩ返回；ＯＳＣｔｘＳｗ（）主要功能是进行任务切换， 保存相应寄存器内容；ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ（）主要功能是进行中断 任务切换，与ＯＳＣｔｘＳｗ（）不同的是在中断任务切换中要根据 不同处理器进行堆栈指针调整，以忽略由于中断而压入的 多余内容，在ＭＣＳ－５１中ＳＰ＝ＳＰ－４；ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）主要功能是 为系统提供一个时钟资源，在时钟中断到来时调用系统函 数ＯＳＴｉｍｅＴｉｃｋ（）为用户提供延时服务。 ３ Ｋｅｉｌ Ｃ５１编译器环境下的一些问题 原则上无需修改与处理器无关的代码，但是由于在 Ｋｅｉｌ Ｃ５１编译器环境下移植，还要根据编译器的特点进行 一些改写。因为Ｋｅｉｌ Ｃ５１缺省情况下编译的代码不可重 入，而多任务系统要求并发操作导致重入，所以要在每个 Ｃ函数及其声明后标注ｒｅｅｎｔｒａｎｔ关键字。ｐｄａｔａ、ｄａｔａ在 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ中 用 做 一 些 函 数 的 形 参 ， 但 它 同 时 又 是 Ｋｅｉｌ Ｃ５１的 关 键 字 ， 会 导 致 编 译 错 误 ， 可 以 把 ｐｄａｔａ改 成 ｐｐｄａｔａ， ｄａｔａ改 成 ｄｄａｔａ解 决 此 问 题 。 ＯＳＴＣＢＣｕｒ、 ＯＳＴＣＢＨｉｇｈＲｄｙ、ＯＳＲｕｎｎｉｎｇ、ＯＳＰｒｉｏＣｕｒ、ＯＳＰｒｉｏＨｉｓｈＲｄｙ这
（上接第１９页） 满１ｍ时振捣一次，添满砼与拱圈模平齐振捣 后，然后迅速安装第二圈圆拱模，依次类推直到连续拼装 和砼浇筑完毕。一般从拼装到浇筑完毕用时２４小时，夏秋 季节一般养护３６小时可拆模，一个循环用时６０小时。拆模 时，自上而下一层一层进行，配合脚手架，注意保护没完 全硬化的砼。每层先抽连接钢筋，拆掉四个连接板，再拆 四个木楔板，拿掉四件拱圈模。拆模后，对窖壁的砼缺 陷，及时用高标号水泥砂浆补强。接下来，配合脚手架， 制作水窖盖木模，在靠近砼壁的位置，预留下人检修孔位 置，浇筑水窖盖砼。再把水窖的底部和砼窖壁用水泥砂浆 抹面防渗。待水窖盖砼硬化后，用砖砌筑下人检修孔。检 修孔内控尺寸为８０ｃｍ×８０ｃｍ，高为３０ｃｍ。为了保证窖内水 质，控制水温，水窖盖覆土２０ｃｍ厚，覆土面与场院土面齐 平，盖上提前预制的检修孔盖。检修孔盖厚１５ｃｍ，尺寸与 检修孔外墙面平齐，顶面高于土面２５ｃｍ，做到美观大方。 有条件的地方，安装手压泵；且在选择水窖位置时，考虑 水窖的排污，用排水管接至较低位置。没有条件的地方， 可从检修孔中取水；定期选在初汛期，人工清洗窖底。使 用水窖，一定要做好窖前的过滤池。水源可以采用屋顶接 水，或场院、路边、沟、季节性溪水 、坡面集雨等。一定 要做好消毒处理，在陕南土石山区严重缺水的地方，要做 饮水安全工程，采用砼圆筒式水窖的工程措施，和消毒等 非工程措施，比有水源的地方，群众同样可以喝上干净卫 生的健康水。另外根据水源的大小，也可以适度发展节水
灌溉，对抗旱保苗、丰富群众菜蓝子工程的发展，提供水 源。 ５ 该木模施工法优缺点 （１）操作简单 ：使用砼圆筒式水窖木模施工法，可组 织１０户农户，分摊木料，制成木模，组成农民施工专业 队，轮流为受益农户打窖。 （２）农民专业队施工，人工费低 ：受益农户负责备料 和专业队伙食，专业队向受益农户收取２００元左右服务费， 群众乐于接受。 （３）木模运输方便，周转次数多达４００次甚至更多。 相对于其它窖型，容积大，保温性好，水质易管理。 （４）材料省： 每眼水窖砼量约８ｍ，需细沙３ｍ ，石子 ６ｍ ，工程量较小。 （５）就地取材：对于半山的群众，可采用人工碎石， 比到几十里路外拉运河卵石经济的多。 缺点是，每户一眼窖，相对于农民收入来说，投资较 大，但与 我国山区农村经济日益增长的速度相比， 从缺水 地区用水的困难程度来说，再大的投入也是值得的。 ６ 结论 水窖砼园筒形施工法，木模制作和安装简单，群众轮 流协助，可操作性强，节省组织管理费，省工 省料，适用 性强，政府正确引导，群众可自行施工。可操作性强，具 有大面积推广和应用价值。
参考文献：（略）
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