<TD vAlign=top width=593 background=UCOS電子技術，網友心得文章瀏覽.files/c-tbg.gif 
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                  src="UCOS電子技術，網友心得文章瀏覽.files/c-t.gif" width=40></TD>
                <TD vAlign=center width=448><FONT color=#003366><A 
                  class=style4 href="http://www.eleku.com/index.asp">首頁</A>-<A 
                  class=style4 
                  href="http://www.eleku.com/article/article.asp">電子技術</A>-<A 
                  class=style4 
                  href="http://www.eleku.com/article/article.asp?type=24">單片機技術</A>-在51系列單片機上移植uCOS-II</FONT></TD>
                <TD vAlign=center width=105><A class=style4 
                  href="http://www.eleku.com/article/upload.asp">發表文章</A> <A 
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              href="javascript:history.back();">返回上頁</A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
        <TR>
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              <TR>
                <TD vAlign=top colSpan=2 height=160><BR>
                  <H2 align=center>在51系列單片機上移植uCOS-II</H2>
                  <P align=center><FONT 
                  color=#999999>作者:巨龍公司交換系統事業部技術組　發布:2005-11-28　人氣:34</FONT></P>
                  <P>內容摘要：本文詳細系統地介紹了uC/OS-II在51單片機上的移植、重入實現方法、硬件仿真、固化、人機界面等關鍵內容。<BR>關鍵詞：嵌入式實時多任務操作系統、uC/OS-II、C51<BR>引言：隨著各種應用電子系統的復雜化和系統實時性需求的提高，并伴隨應用軟件朝著系統化方向發展的加速，在16位/32位單片機中廣泛使用了嵌入式實時操作系統。然而實際使用中卻存在著大量8位單片機，從經濟性考慮，對某些應用場合，在8位MCU上使用操作系統是可行的。從學習操作系統角度，uC/OS-II 
                  for 
                  51即簡單又全面，學習成本低廉，值得推廣。<BR>結語：μC/OS-II具有免費、簡單、可靠性高、實時性好等優點，但也有缺乏便利開發環境等缺點，尤其不像商用嵌入式系統那樣得到廣泛使用和持續的研究更新。但開放性又使得開發人員可以自行裁減和添加所需的功能，在許多應用領域發揮著獨特的作用。當然，是否在單片機系統中嵌入μC/OS-II應視所開發的項目而定，對于一些簡單的、低成本的項目來說，就沒必要使用嵌入式操作系統了。 

                  <P></P>
                  <P>uC/OS-II原理：<BR>uCOSII包括任務調度、時間管理、內存管理、資源管理（信號量、郵箱、消息隊列）四大部分，沒有文件系統、網絡接口、輸入輸出界面。它的移植只與4個文件相關：匯編文件（OS_CPU_A.ASM）、處理器相關C文件（OS_CPU.H、OS_CPU_C.C）和配置文件（OS_CFG.H）。有64個優先級，系統占用8個，用戶可創建56個任務，不支持時間片輪轉。它的基本思路就是 
                  “近似地每時每刻總是讓優先級最高的就緒任務處于運行狀態” 
                  。為了保證這一點，它在調用系統API函數、中斷結束、定時中斷結束時總是執行調度算法。原作者通過事先計算好數據，簡化了運算量，通過精心設計就緒表結構，使得延時可預知。任務的切換是通過模擬一次中斷實現的。<BR>uCOSII工作核心原理是：近似地讓最高優先級的就緒任務處于運行狀態。<BR>操作系統將在下面情況中進行任務調度：調用API函數(用戶主動調用)，中斷(系統占用的時間片中斷OsTimeTick(),用戶使用的中斷)。<BR>調度算法書上講得很清楚，我主要講一下整體思路。<BR>(1)在調用API函數時，有可能引起阻塞,如果系統API函數察覺到運行條件不滿足，需要切換就調用OSSched()調度函數，這個過程是系統自動完成的，用戶沒有參與。OSSched()判斷是否切換，如果需要切換，則此函數調用OS_TASK_SW()。這個函數模擬一次中斷(在51里沒有軟中斷，我用子程序調用模擬，效果相同)，好象程序被中斷打斷了，其實是OS故意制造的假象，目的是為了任務切換。既然是中斷，那么返回地址(即緊鄰OS_TASK_SW()的下一條匯編指令的PC地址)就被自動壓入堆棧，接著在中斷程序里保存CPU寄存器(PUSHALL)……。堆棧結構不是任意的，而是嚴格按照uCOSII規范處理。OS每次切換都會保存和恢復全部現場信息(POPALL)，然后用RETI回到任務斷點繼續執行。這個斷點就是OSSched()函數里的緊鄰OS_TASK_SW()的下一條匯編指令的PC地址。切換的整個過程就是，用戶任務程序調用系統API函數，API調用OSSched()，OSSched()調用軟中斷OS_TASK_SW()即OSCtxSw，返回地址(PC值)壓棧，進入OSCtxSw中斷處理子程序內部。反之，切換程序調用RETI返回緊鄰OS_TASK_SW()的下一條匯編指令的PC地址，進而返回OSSched()下一句，再返回API下一句，即用戶程序斷點。因此，如果任務從運行到就緒再到運行，它是從調度前的斷點處運行。<BR>(2)中斷會引發條件變化，在退出前必須進行任務調度。uCOSII要求中斷的堆棧結構符合規范，以便正確協調中斷退出和任務切換。前面已經說到任務切換實際是模擬一次中斷事件，而在真正的中斷里省去了模擬(本身就是中斷嘛)。只要規定中斷堆棧結構和uCOSII模擬的堆棧結構一樣，就能保證在中斷里進行正確的切換。任務切換發生在中斷退出前，此時還沒有返回中斷斷點。仔細觀察中斷程序和切換程序最后兩句，它們是一模一樣的，POPALL+RETI。即要么直接從中斷程序退出，返回斷點；要么先保存現場到TCB，等到恢復現場時再從切換函數返回原來的中斷斷點(由于中斷和切換函數遵循共同的堆棧結構，所以退出操作相同，效果也相同)。用戶編寫的中斷子程序必須按照uCOSII規范書寫。任務調度發生在中斷退出前，是非常及時的，不會等到下一時間片才處理。OSIntCtxSw()函數對堆棧指針做了簡單調整，以保證所有掛起任務的棧結構看起來是一樣的。<BR>(3)在uCOSII里，任務必須寫成兩種形式之一(《uCOSII中文版》p99頁)。在有些RTOS開發環境里沒有要求顯式調用OSTaskDel()，這是因為開發環境自動做了處理，實際原理都是一樣的。uCOSII的開發依賴于編譯器，目前沒有專用開發環境，所以出現這些不便之處是可以理解的。<BR>移植過程：<BR>(1)拷貝書后附贈光盤sourcecode目錄下的內容到C:\YY下，刪除不必要的文件和EX1L.C，只剩下p187(《uCOSII》)上列出的文件。<BR>(2)改寫最簡單的OS_CPU.H<BR>數據類型的設定見C51.PDF第176頁。注意BOOLEAN要定義成unsigned 
                  char 
                  類型，因為bit類型為C51特有，不能用在結構體里。<BR>EA=0關中斷；EA=1開中斷。這樣定義即減少了程序行數，又避免了退出臨界區后關中斷造成的死機。<BR>MCS-51堆棧從下往上增長(1=向下，0=向上)，OS_STK_GROWTH定義為0<BR>#define 
                  OS_TASK_SW() OSCtxSw() 
                  因為MCS-51沒有軟中斷指令，所以用程序調用代替。兩者的堆棧格式相同，RETI指令復位中斷系統，RET則沒有。實踐表明，對于MCS-51，用子程序調用入棧，用中斷返回指令RETI出棧是沒有問題的，反之中斷入棧RET出棧則不行。總之，對于入棧，子程序調用與中斷調用效果是一樣的，可以混用。在沒有中斷發生的情況下復位中斷系統也不會影響系統正常運行。詳見《uC/OS-II》第八章193頁第12行<BR>(3)改寫OS_CPU_C.C<BR>我設計的堆棧結構如下圖所示：<BR><IMG 
                  onmousewheel="return bbimg(this)" onclick=ImgClick(this) 
                  src="UCOS電子技術，網友心得文章瀏覽.files/image002.jpg" 
                  onload=ImgLoad(this) border=0 
                  resized="0"></P><BR>TCB結構體中OSTCBStkPtr總是指向用戶堆棧最低地址，該地址空間內存放用戶堆棧長度，其上空間存放系統堆棧映像，即：用戶堆棧空間大小=系統堆棧空間大小+1。<BR>SP總是先加1再存數據，因此，SP初始時指向系統堆棧起始地址(OSStack)減1處(OSStkStart)。很明顯系統堆棧存儲空間大小=SP-OSStkStart。<BR>任務切換時，先保存當前任務堆棧內容。方法是：用SP-OSStkStart得出保存字節數，將其寫入用戶堆棧最低地址內，以用戶堆棧最低地址為起址，以OSStkStart為系統堆棧起址，由系統棧向用戶棧拷貝數據，循環SP-OSStkStart次，每次拷貝前先將各自棧指針增1。<BR>其次，恢復最高優先級任務系統堆棧。方法是：獲得最高優先級任務用戶堆棧最低地址，從中取出“長度”，以最高優先級任務用戶堆棧最低地址為起址，以OSStkStart為系統堆棧起址，由用戶棧向系統棧拷貝數據，循環“長度”數值指示的次數，每次拷貝前先將各自棧指針增1。<BR>用戶堆棧初始化時從下向上依次保存：用戶堆棧長度（15），PCL，PCH，PSW，ACC，B，DPL，DPH，R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。不保存SP，任務切換時根據用戶堆棧長度計算得出。<BR>OSTaskStkInit函數總是返回用戶棧最低地址。<BR>操作系統tick時鐘我使用了51單片機的T0定時器，它的初始化代碼用C寫在了本文件中。<BR>最后還有幾點必須注意的事項。本來原則上我們不用修改與處理器無關的代碼，但是由于KEIL編譯器的特殊性，這些代碼仍要多處改動。因為KEIL缺省情況下編譯的代碼不可重入，而多任務系統要求并發操作導致重入，所以要在每個C函數及其聲明后標注reentrant關鍵字。另外，“pdata”、“data”在uCOS中用做一些函數的形參，但它同時又是KEIL的關鍵字，會導致編譯錯誤，我通過把“pdata”改成“ppdata”，“data”改成“ddata”解決了此問題。OSTCBCur、OSTCBHighRdy、OSRunning、OSPrioCur、OSPrioHighRdy這幾個變量在匯編程序中用到了，為了使用Ri訪問而不用DPTR，應該用KEIL擴展關鍵字IDATA將它們定義在內部RAM中。<BR>(4)重寫OS_CPU_A.ASM<BR>A51宏匯編的大致結構如下：<BR>NAME 模塊名 ;與文件名無關<BR>;定義重定位段 
                  必須按照C51格式定義，匯編遵守C51規范。段名格式為：?PR?函數名?模塊名<BR>;聲明引用全局變量和外部子程序 
                  注意關鍵字為“EXTRN”沒有‘E’<BR>全局變量名直接引用<BR>無參數/無寄存器參數函數 
                  FUNC<BR>帶寄存器參數函數 _FUNC<BR>重入函數 
                  _?FUNC<BR>;分配堆棧空間<BR>只關心大小，堆棧起點由keil決定，通過標號可以獲得keil分配的SP起點。切莫自己分配堆棧起點，只要用DS通知KEIL預留堆棧空間即可。<BR>?STACK段名與STARTUP.A51中的段名相同，這意味著KEIL在LINK時將把兩個同名段拼在一起，我預留了40H個字節，STARTUP.A51預留了1個字節，LINK完成后堆棧段總長為41H。查看yy.m51知KEIL將堆棧起點定在21H，長度41H，處于內部RAM中。<BR>;定義宏<BR>宏名 
                  MACRO 實體 
                  ENDM<BR>;子程序<BR>OSStartHighRdy<BR>OSCtxSw<BR>OSIntCtxSw<BR>OSTickISR<BR>SerialISR<BR>END 
                  ;聲明匯編源文件結束<BR><BR>一般指針占3字節。+0類型+1高8位數據+2低8位數據 
                  詳見C51.PDF第178頁<BR>低位地址存高8位值，高位地址存低8位值。例如0x1234，基址+0:0x12 
                  基址+1:0x34<BR><BR>(5)移植串口驅動程序<BR>在此之前我寫過基于中斷的串口驅動程序，包括打印字節/字/長字/字符串，讀串口，初始化串口/緩沖區。把它改成重入函數即可直接使用。<BR>系統提供的顯示函數是并發的，它不是直接顯示到串口，而是先輸出到顯存，用戶不必擔心IO慢速操作影響程序運行。串口輸入也采用了同樣的技術，他使得用戶在CPU忙于處理其他任務時照樣可以盲打輸入命令。<BR>(6)編寫測試程序Demo(YY.C)<BR>Demo程序創建了3個任務A、B、C優先級分別為2、3、4，A每秒顯示一次，B每3秒顯示一次，C每6秒顯示一次。從顯示結果看，顯示3個A后顯示1個B，顯示6個A和2個B后顯示1個C，結果顯然正確。<BR>顯示結果如下：<BR>AAAAAA111111 
                  is active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>AAAAAA111111 is 
                  active<BR>BBBBBB333333 is active<BR>AAAAAA111111 is 
                  active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>AAAAAA111111 is 
                  active<BR>BBBBBB333333 is active<BR>CCCCCC666666 is 
                  active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>AAAAAA111111 is 
                  active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>BBBBBB333333 is 
                  active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>AAAAAA111111 is 
                  active<BR>AAAAAA111111 is active<BR>BBBBBB333333 is 
                  active<BR>CCCCCC666666 is 
                  active<BR>Demo程序經Keil701編譯后，代碼量為7-8K，可直接在KeilC51上仿真運行。<BR>編譯時要將OS_CPU_C.C、UCOS_II.C、OS_CPU_A.ASM、YY.C加入項目 

                  <P></P>
                  <P>文件名 : OS_CPU_A.ASM</P>
                  <P>$NOMOD51<BR>EA BIT 0A8H.7<BR>SP DATA 081H<BR>B DATA 
                  0F0H<BR>ACC DATA 0E0H<BR>DPH DATA 083H<BR>DPL DATA 082H<BR>PSW 
                  DATA 0D0H<BR>TR0 BIT 088H.4<BR>TH0 DATA 08CH<BR>TL0 DATA 
                  08AH</P>
                  <P>NAME OS_CPU_A 
                  ;模塊名<BR><BR>;定義重定位段<BR>?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A SEGMENT 
                  CODE<BR>?PR?OSCtxSw?OS_CPU_A SEGMENT 
                  CODE<BR>?PR?OSIntCtxSw?OS_CPU_A SEGMENT 
                  CODE<BR>?PR?OSTickISR?OS_CPU_A SEGMENT CODE</P>
                  <P>?PR?_?serial?OS_CPU_A SEGMENT 
                  CODE<BR><BR>;聲明引用全局變量和外部子程序<BR>EXTRN IDATA (OSTCBCur)<BR>EXTRN 
                  IDATA (OSTCBHighRdy)<BR>EXTRN IDATA (OSRunning)<BR>EXTRN IDATA 
                  (OSPrioCur)<BR>EXTRN IDATA (OSPrioHighRdy)<BR><BR>EXTRN CODE 
                  (_?OSTaskSwHook)<BR>EXTRN CODE (_?serial)<BR>EXTRN CODE 
                  (_?OSIntEnter)<BR>EXTRN CODE (_?OSIntExit)<BR>EXTRN CODE 
                  (_?OSTimeTick) <BR><BR>;對外聲明4個不可重入函數<BR>PUBLIC 
                  OSStartHighRdy<BR>PUBLIC OSCtxSw<BR>PUBLIC 
                  OSIntCtxSw<BR>PUBLIC OSTickISR<BR><BR>;PUBLIC SerialISR 
                  <BR><BR>;分配堆棧空間。只關心大小，堆棧起點由keil決定，通過標號可以獲得keil分配的SP起點。<BR>?STACK 
                  SEGMENT IDATA<BR>RSEG ?STACK<BR>OSStack:<BR>DS 
                  40H<BR>OSStkStart IDATA OSStack-1</P>
                  <P>;定義壓棧出棧宏<BR>PUSHALL MACRO<BR>PUSH PSW<BR>PUSH ACC<BR>PUSH 
                  B<BR>PUSH DPL<BR>PUSH DPH<BR>MOV A,R0 ;R0-R7入棧<BR>PUSH 
                  ACC<BR>MOV A,R1<BR>PUSH ACC<BR>MOV A,R2<BR>PUSH ACC<BR>MOV 
                  A,R3<BR>PUSH ACC<BR>MOV A,R4<BR>PUSH ACC<BR>MOV A,R5<BR>PUSH 
                  ACC<BR>MOV A,R6<BR>PUSH ACC<BR>MOV A,R7<BR>PUSH ACC<BR>;PUSH 
                  SP ;不必保存SP，任務切換時由相應程序調整<BR>ENDM<BR><BR>POPALL MACRO<BR>;POP 
                  ACC ;不必保存SP，任務切換時由相應程序調整<BR>POP ACC ;R0-R7出棧<BR>MOV 
                  R7,A<BR>POP ACC<BR>MOV R6,A<BR>POP ACC<BR>MOV R5,A<BR>POP 
                  ACC<BR>MOV R4,A<BR>POP ACC<BR>MOV R3,A<BR>POP ACC<BR>MOV 
                  R2,A<BR>POP ACC<BR>MOV R1,A<BR>POP ACC<BR>MOV R0,A<BR>POP 
                  DPH<BR>POP DPL<BR>POP B<BR>POP ACC<BR>POP 
                  PSW<BR>ENDM<BR><BR>;子程序<BR>;-------------------------------------------------------------------------<BR>RSEG 
                  ?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A<BR>OSStartHighRdy:<BR>USING 0 
                  ;上電后51自動關中斷，此處不必用CLR EA指令，因為到此處還未開中斷，本程序退出后，開中斷。<BR>LCALL 
                  _?OSTaskSwHook</P>
                  <P>OSCtxSw_in:<BR><BR>;OSTCBCur ===&gt; DPTR 
                  獲得當前TCB指針，詳見C51.PDF第178頁<BR>MOV R0,#LOW (OSTCBCur) 
                  ;獲得OSTCBCur指針低地址，指針占3字節。+0類型+1高8位數據+2低8位數據<BR>INC R0<BR>MOV 
                  DPH,@R0 ;全局變量OSTCBCur在IDATA中<BR>INC R0<BR>MOV 
                  DPL,@R0<BR><BR>;OSTCBCur-&gt;OSTCBStkPtr ===&gt; DPTR 
                  獲得用戶堆棧指針<BR>INC DPTR ;指針占3字節。+0類型+1高8位數據+2低8位數據<BR>MOVX 
                  A,@DPTR ;.OSTCBStkPtr是void指針<BR>MOV R0,A<BR>INC DPTR<BR>MOVX 
                  A,@DPTR<BR>MOV R1,A<BR>MOV DPH,R0<BR>MOV 
                  DPL,R1<BR><BR>;*UserStkPtr ===&gt; R5 用戶堆棧起始地址內容(即用戶堆棧長度放在此處) 
                  詳見文檔說明 指針用法詳見C51.PDF第178頁 <BR>MOVX A,@DPTR ;用戶堆棧中是unsigned 
                  char類型數據<BR>MOV R5,A ;R5=用戶堆棧長度<BR><BR>;恢復現場堆棧內容<BR>MOV 
                  R0,#OSStkStart<BR><BR>restore_stack:<BR><BR>INC DPTR<BR>INC 
                  R0<BR>MOVX A,@DPTR<BR>MOV @R0,A<BR>DJNZ 
                  R5,restore_stack<BR><BR>;恢復堆棧指針SP<BR>MOV 
                  SP,R0<BR><BR>;OSRunning=TRUE<BR>MOV R0,#LOW (OSRunning)<BR>MOV 
                  @R0,#01<BR><BR>POPALL<BR>SETB EA 
                  ;開中斷<BR>RETI<BR>;-------------------------------------------------------------------------<BR>RSEG 
                  ?PR?OSCtxSw?OS_CPU_A<BR>OSCtxSw: 
                  <BR>PUSHALL<BR><BR>OSIntCtxSw_in:<BR><BR>;獲得堆棧長度和起址<BR>MOV 
                  A,SP<BR>CLR C<BR>SUBB A,#OSStkStart<BR>MOV R5,A ;獲得堆棧長度 
                  <BR><BR>;OSTCBCur ===&gt; DPTR 獲得當前TCB指針，詳見C51.PDF第178頁<BR>MOV 
                  R0,#LOW (OSTCBCur) 
                  ;獲得OSTCBCur指針低地址，指針占3字節。+0類型+1高8位數據+2低8位數據<BR>INC R0<BR>MOV 
                  DPH,@R0 ;全局變量OSTCBCur在IDATA中<BR>INC R0<BR>MOV 
                  DPL,@R0<BR><BR>;OSTCBCur-&gt;OSTCBStkPtr ===&gt; DPTR 
                  獲得用戶堆棧指針<BR>INC DPTR ;指針占3字節。+0類型+1高8位數據+2低8位數據<BR>MOVX 
                  A,@DPTR ;.OSTCBStkPtr是void指針<BR>MOV R0,A<BR>INC DPTR<BR>MOVX