μC／OS-II在51單片機上的移植

作者：時間：2012-04-27 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

4．1 任務堆棧初始化函數OSTaskStkInit()
此函數是在任務創(chuàng)建函數OSTaskCreat()或OSTaskCreatExt()中調用的。因為系統(tǒng)為每個任務申請了一個數組作為棧，當一個任務運行時，就把堆棧指針指向本任務的棧，任務堆棧初始化函數就是在任務創(chuàng)建時將要創(chuàng)建任務的堆棧進行初始化。但C51的堆棧指針SP是8位的，只能在片內RAM的256個字節(jié)內尋址。因其尋址空間有限且SP唯一，不能像DSP或ARM那樣為每一段程序或每一種模式定義堆棧，需小心管理堆?？臻g。為了適應上述情況，需要換一種思路，不是讓SP去指向各任務堆?？臻g，而是把各任務堆?？臻g的內容復制到系統(tǒng)棧中。至于堆棧數組空間要有多大以及堆棧數組空間里放些什么內容，可以借鑒keil中中斷函數的壓棧情況，當中斷函數不指定寄存器組時，編譯器一般將PC、ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7寄存器入棧，其中PC和DPTR是雙字節(jié)的，其它都是單字節(jié)的，一共15個字節(jié)，所以把堆棧數組設計成至少15個字節(jié)的，以保證任務所用的寄存器都在堆棧數組中包含著。因為每個數組里放的是寄存器的值，在此就把這每個任務的堆棧數組叫做寄存器數組，暫且把寄存器數組設計成15個字節(jié)，依次存放PC、ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7。
函數OSTaskStkInit()傳遞4個參數，第1個參數task是所創(chuàng)建任務的起始地址，這個參數須保存到PC在寄存器數組的對應位置，第2個參數ppdata是所創(chuàng)建任務的參數，C51規(guī)則中用R1～R3來傳遞參數指針，這個參數須存放到R1～R3在寄存器數組中的對應位置。第3個參數ptos是棧底指針，從當前地址開始初始化堆棧指針，第4個參數opt是附加參數，一般不用。
4．2 運行等待任務中優(yōu)先級最高任務函數OSStartHighRdy()
此函數在啟動操作系統(tǒng)函數OSStart()的最后一行調用，且此函數不返回，經過此函數后μC／OS接管系統(tǒng)。OSStartHighRdy()不是去調用用戶任務函數，而是讓PC指針指向任務函數首地址。且任務函數的傳遞參數只有一個，若此參數正確，則可保證任務函數運行正確。在調用OSStartHighRdy()之前OSStart()已經把最高優(yōu)先級任務的任務表準備好了，只要把最高優(yōu)先級任務表的數據恢復到堆棧中，再執(zhí)行返回指令即可，以上最關鍵的是如何讓其返回到最高優(yōu)先級任務中而不是返回到被調函數中。
當函數OSStart()調用函數OSStartHighRdy()時，斷點地址入棧；當OSStartHighRdy()執(zhí)行完之后，返回斷點。在OSStartHighRdy()中把SP及SP-1的值改為最高優(yōu)先級任務的地址，這樣OSStartHighRdy()就會返回到最高優(yōu)先級任務中去運行。
4．3 任務級的任務切換函數OSCtxSw()
此函數是保存當前任務的狀態(tài)，然后運行處于就緒態(tài)中的最高優(yōu)先級任務。前面介紹過不是更改SP去指向寄存器數組，而是把寄存器數組的數復制到堆棧中。先看下一般的情況，在用戶任務MyTask(void*ppdtat)中調用TimeDly()，TimeDly()中調用OSSched()，在OSSched()中有一個宏OS_TASK_SW()，這個宏的目的是讓程序進人函數OSCtxSw()。參看圖1，就如Fun4為OSCtxSw()，Fun3為OSSched()，Fun2為TimeDly()，Fun1為MyTask()。ADD_D存的是OSSched()的斷點，ADD_C為TimeDly()的斷點，ADD_B為MyTask()的斷點。如果進行任務切換，應該把高優(yōu)先級任務的地址值賦給ADD_B(即SP-4與SP-5)。
以上考慮的是最簡單的情況，當任務比較復雜時，可能更改了ACC、PSW、DPTR或R0～R7的值，在進入高優(yōu)先任務時，寄存器并不是此任務的寄存器值，運行的結果可能不正確。
在上述情況下如何保證CPU寄存器的值正確，要分兩個階段。第一個階段是把CPU寄存器值保存到要掛起任務的寄存器數組中，當剛進入OSCtxSw()時，CPU寄存器的值是要掛起任務的寄存器值，所以一開始就要鎖定CPU寄存器的值。如果OS_TASK_SW()定義為中斷的話，在進入OSCtxSw()時，CPU寄存器的值被自動壓棧；如果把OS_TASK_SW()定義為函數時，在進入函數時使用內嵌匯編的方法把CPU寄存器入棧。這時堆棧中又壓入了13個字節(jié)，就如在圖1的ADD_D上又壓入了13個字節(jié)的數據，然后從堆棧中把值取出來放到相應任務的寄存器數組中。第二個階段是把將要執(zhí)行任務的寄存器數組的值復制到堆棧中。此時PC指針在堆棧中對應的位置是SP-17與SP-18，SP到SP-12的13個字節(jié)對應ACC、B、DPTR、PSW、R0～R7。
4．4 中斷級的任務切換函數OSIntCtxSw()
此函數和上一個函數基本思想一致，都要保存當前任務的狀態(tài)，運行處于就緒態(tài)中的優(yōu)先級最高的任務。二者的不同在于，上個函數的堆棧中SP-17與SP-18是PC值的位置，SP到SP-12是13個寄存器的位置。當中斷來時，在中斷中調用函數OSIntExit()，函數OSIntExit()調用函數OSIntCtxSw()，在OSIntCtxSw()中實現任務切換。在進入函數OSIntExit()之前寄存器的值已經入棧，所以運行到本函數時堆棧中SP-17與SP-18是PC值的位置。SP-4到SP-16是13個寄存器的位置。在圖1上，上個函數的13個寄存器的值被壓入ADD_D上面的13個字節(jié)中，而本函數是在ADD_B于ADD_C之間壓入的這13個寄存器。
4．5 周期節(jié)拍中斷函數OSTickISR()
這個函數是給系統(tǒng)提供一個節(jié)拍，一般每秒10～100次。如果節(jié)拍頻率太高，μC／OS系統(tǒng)會占用大量硬件資源；如果太低，任務間的切換又會很慢。
此函數首先要保證產生一個周期性的中斷，可以使用硬件定時器，也可以從交流電中獲得50／60Hz的時鐘頻率。這個函數至少要做3件事：1)進入中斷時，把中斷嵌套層數計數器加1，說明又進入一次中斷，也可以直接調用OSIntEnter()函數；2)調用時鐘節(jié)拍函數OSTimeTick()，告知系統(tǒng)又經過了一個節(jié)拍；3)調用OSIntExit()函數，說明要退出中斷了，此函數會自動處理。

5 結束語
文中闡述了在堆棧空間有限的51單片機上運行μC／OS-II系統(tǒng)的移植過程，利用系統(tǒng)棧SP作為數據交換的樞紐。在實際應用中，如果用系統(tǒng)棧來移植，只需根據文中的基本思想進行適當的改寫，即可運行于其他處理器上。如果處理器的堆棧指針尋址空間足夠大，也可以為每個任務開辟一個棧，通過改變堆棧指針指向不同任務的?？臻g，來實現任務調度。
通過在51單片機上的運行，可以看出μC／OS-II也能在堆?？臻g比較少的CPU上運行。