ucosII在51內核單片機上的移植
這種系統(tǒng)對于簡單的應用是可以的,但對于實時性要求比較高的、處理任務較多的應用,就會暴露出實時性差、系統(tǒng)可靠性低、穩(wěn)定性差等缺點。
μC/OS-II 是一種基于優(yōu)先級的搶占式多 任務實時操作系統(tǒng),包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務間通信同步(信號量,郵箱,消息隊列)和內存管理等功能。它可以使各個任務獨立工作,互不干涉,很容易實現(xiàn)準時而且無誤執(zhí)行,使實時應用程序的設計和擴展變得容易,使應用程序的設計過程大為減化。而且它內核源代碼公開,可移植性強,為編程人員提供了很好的一個軟件平臺。通過μC/OS-II在VRS51 上的移植,可以掌握移植和測試μC/OS-II 的實質內容,很容易將其移植到其它的CPU平臺上。
μC/OS-II 介紹
μC /OS-II是一個完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式實時多任務內核。μC/OS-II絕大部分的代碼是用ANSI的C語言編寫的,包含一小部分匯編代碼,使之可供不同架構的微處理器使用。至今,從8位到*位,μC/OS-II已在超過40種不同架構上的微處理器上運行。μC/OS-II已經在世界范圍內得到廣泛應用,包括很 多領域, 如手機、路由器、集線器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設備及工業(yè)控制 上。實際上,μC/OS-II已經通過了非常嚴格的 測試,并且得到了美國航空管理局(Federal Aviation Administration)的認證,可以用在飛行器上。這說明μC/OS-II是穩(wěn)定可靠的,可用于與人性命攸關的安全緊要(safety critical)系統(tǒng)。除此以外,μC/OS-II 的鮮明特點就是源碼公開,便于移植和維護。
μC/OS-II 內核結構
多任務系統(tǒng)中,內核負責管理各個任務 ,或者說為每個任務分配CPU 時間 ,并且負責任務之間的通訊。內核提供的基本服務是任務切換。 μC/OS-II可以管理多達64個任務。由于它的作者占用和保留了8個任務,所以留給用戶應用程序最多可有56個任務。賦予各個任務的優(yōu)先級必須是不相同的。這意味著μC/OS-II不支持時間片輪轉調度法 (round-robin scheduli ng)。μC/OS-II為每個任務設置獨立的 堆??臻g,可以快速實現(xiàn)任務切換。μC/OS-II近似地每時每刻總是讓優(yōu)先級最高的就緒任務處于運行狀態(tài),為了保證這一點,它在調用系統(tǒng)API 函數(shù)、中斷結束、定時中斷結束時總是執(zhí)行調度算法,μC/OS-II通過事先計算好數(shù)據(jù)簡化了運算量,通過精心設計就緒表結構使得延時可預知。
μC/OS-II 的移植
移植就是使μC/OS-II能在VRS51上運行。為了方便移植,大部分的μC/OS-II的代碼是用C語言編寫的;但是仍需要用C語言和匯編語言編寫一些處理器硬件相關的代碼,這是因為μC/OS-II在讀/寫處理器寄存器時,只能通過匯編語言來實現(xiàn)。由于μC/OS-II在設計時就已經充分考慮了可移植性,所以μC/OS-II的移植相對來說是比較容易的。
硬件平臺構成
由于VRS51是一款80C51微控制器,片內包含了64KB的FLASH程序存儲器,并且支持串行在線編程(ISP)。使它在ROM 空間上很適合做μC/OS-II的移植。
編譯器的選擇
由于μC/OS-II絕大部分代碼是用標準的C語言編寫的,所以C語言開發(fā)工具對于μC/OS-II是必不可少的。由于μC/OS-II是一個可剝奪行的占先式內核,所以要求C編譯器可以產生可重入型代碼。筆者選擇Keil C51集成開發(fā)環(huán)境作為開發(fā)工具。該開發(fā)工具有C編譯器,匯編器和鏈接定位器等工具構成。鏈接器用來將不同模塊(編譯過或匯編過的文件)鏈接成目標文件,定位器則允許將代碼和數(shù)據(jù)放置在目標處理器的指定內存中。Keil C51 還可以生成HEX格式的編程文件用于編程EPROM或是FLASH,同時可以實現(xiàn)完整軟件仿真支持。Keil C51支持所有8051變種的微控制器。通過設置編譯控制選項,它完全可以滿足編譯μC/OS-II源代碼的要求。
可重入函數(shù)問題
可重入函數(shù)可以被一個以上的任務調用,而不必擔心數(shù)據(jù)被破壞??芍厝牒瘮?shù)任何時候都可以被中斷,一段時間后又可以繼續(xù)運行,而相應的數(shù)據(jù)不會丟失。由于μC/OS-II是搶占式的實時多任務內核,同一個函數(shù)可能會被不同的任務調用,也可能會被中斷,因此,移植μC/OS-II要求C語言編譯器可以產生可重入函數(shù)。但是正常情況下Keil C51編譯器中的函數(shù)不能重入。原因是由于8051系列微控制器的硬件堆棧很小,硬件堆棧指針SP最多只能在內部256字節(jié)的RAM內移動,不能夠指向64K的外部RA M空間。所以編譯器使用固定的RAM地址來存儲函數(shù)的參數(shù)和局部變量,而不是使用堆棧來存儲。為了在Keil C51中實現(xiàn)可重入函數(shù),可以使用“reentrant”關鍵字聲明該函數(shù)是可重入的。編譯器可根據(jù)編譯模式為可重入函數(shù)在內部RAM或外部RAM空間開辟一個模擬堆棧來存儲可重入函數(shù)的參數(shù)和局部變量??芍厝牒瘮?shù)的返回地址仍然保存在硬件堆棧中。Cx51編譯手冊不推薦使用模擬堆棧,原因是受8051尋址方式的限制,模擬堆棧訪問的效率很低。但是這是在Keil C51中實現(xiàn)可重入函數(shù)的唯一方法。可重入函數(shù)模擬堆棧擁有獨立于硬件堆棧指針的模擬堆棧指針。模擬堆棧及其指針在啟動代碼文件 “STARTUP.A51”中定義和初始化。
μC/OS-II源文件移植
在了解了P89V51RD2微處理器和Keil C51 編譯器的技術細節(jié)的基礎上,就可以開始μC/OS-II源文件移植的工作了。真正編寫移植代碼的工作就相對比較簡單了。
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