uCOS II嵌入式系统在C8051F060上的应用

      随着集成电路的高速发展和CMOS工艺水平的不断提高，系统级芯片SOC已经开始成为设计的主流。C8051F060单片机由美国Cygnal公司设计并制造，是一款完全集成的混合信号片上系统SOC，具有与MCS51内核及指令集完全相同的微控制器。在传统的单片机开发工作中，经常遇到程序跑飞或是陷入死循环，尤其是其中牵扯到复杂的计算，只有耗费大量时间来慢慢分析。如果在系统中嵌入uCOS II实时操作系统，将使得调试程序变得简单，并大大增强系统的稳定性和可靠性。

　　1 uCOS II系统在C8051F060上的应用

　　要应用uCOS II系统，首先要做的就是在C8051F060上移植该系统；其次，在运行稳定正常的系统上进行开发。另外，还需要一个面向C8051F060的C编译器作为系统工作的环境。笔者使用的是Keil软件公司的Keil uVision3 V8.09，支持C和汇编混合编程。

　　1.1在C8051F060上移植uCOS II系统

　　移植的主要工作就是以C8051F060为处理器.修改与C8051F060相关的几个文件

　　(1)修改INCLUDES.H文件

　　对于C8051F060.笔者在INCLUDES.H中增加的头文件放在头文件列表的最后：

　　#include "os_cpu.h"

　　#include "os_cfg.h"

　　#include "ucos_ii.h"

　　(2)修改OS CPU.H文件

　　为确保C8051F060系统在KEIL环境下正常运行.在OS_CPU.H重新定义了一系列与C8051F060和KEIL编译器相关的数据结构、宏和常数。

　　重新定义的数据结构中要特别注意的是，

　　C8051F060单片机中堆栈是按字节操作的，堆栈数据类型OS_STK声明为8位：

　　typedef unsigned char OS_STK; /*定义堆栈宽度为8位*/

　　typedef unsigned char OS_CPU_SR;

　　C8051F060单片机中，堆栈是从低地址向高地址增长的，所以OS_STK_GROWTH =0

　　临界段的宏的设置利用C8051F060单片机的开中断和关中断指令来实现：

　　#define OS_ENTER_CRITICAL() EA="0"

　　#define OS_EXIT CRITICAL()  EA="1"

　　OS_TASK_SW() 函数的定义：#define Os_TASK_SW() OSCtxSw()

　　(3)修改OS_CPU_A.ASM文件

　　用户需要编写4个函数的代码：OSSTartHihgRdv()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。另外，由于C8051F060在内部RAM上有所欠缺.需要利用外部程序存储空间作任务堆栈映像。函数代码实现方法如下：

　　①编写OSSTartHihgRdy()函数

　　获得将要恢复运行的就绪任务的堆栈映像的最低地址，并计算出堆栈长度，然后向系统堆栈复制数据、堆栈指针SP和堆栈映像指针?C_XBP，最后利用中断返回。

　　②编写OSCtxSw()函数

　　先从当前任务的TCB控制块中获得当前任务堆栈长度和堆栈映像指针，然后将系统堆栈的内容复制到任务堆栈映像，最后获得将要恢复运行的就绪任务的TCB，程序跳至OSSTartHihgRdy()函数的入口，实现任务的切换。

　　③编写OSIntCtxSw()函数

　　OSIntCtxSw()函数代码大部分与OSCtxSw()相同，不同之处在于：

　　此处不需要再保存C8051F060寄存器；

　　需要调整堆栈指针(SP=SP-4)，去掉在调用OSIntExit()，OSIntCtxSw()中压入堆栈中的多余的内容，以使堆栈中只包含任务的运行环境。

　　④编写OSTickISR()函数

　　用定时器0作中断源.初始化定时器0使系统每秒中断100次，节拍率Tick=100次/秒。

　　(4)修改OS_CPU_C.C文件 。

　　编写OSTaskStkInit()函数用来初始化堆栈。需要注意的是。笔者所用的KEIL编译环境中，任务参数是通过寄存器R3、R2、R1传递，而不是通过虚拟堆栈传递。如：

　　*stk++=(INT16U)dpdata&0xFF; //R1

　　*stk++=(INT16U)dpdata>>8; //R2

　　*stk++=0x03; //R3

　　1.2 系统测试

　　uCOS II系统移植完成以后，需要检验系统是否能运行正常。笔者参考了uCOS II系统的作者的测试方法进行了3个步骤的测试：

　　验证OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函数;

　　验证OSCtxSw()函数;

　　验证OSIntCtxSw()和OSTickISR()函数。

　　测试结果，系统在C8051F060上运行正常。

　　1.3 以C8051F060单片机为应用平台的uCOS II系统的开发

　　uCOS II系统稳定正常的运行以后，就可以依此为应用平台进行项目开发。

　　有着丰富资源的C8051F060单片机是比较新的混合信号片上系统SOC，从它的主要特性中可以看出，在满足较大的外围电路设计的同时，能大大简化电路。笔者所用的硬件环境是新华龙公司生产的C8051F MCU教学实验系统，该系统上面集成了各类传感器、RS-485和RS232串行通讯口、步进电机和直流电机控制器以及RJ-45以太网测控接口，整个系统利用串行适配器与PC进行连接。

　　在软件设计中，主函数均以OSInit()函数开始,以OSStart()函数结束,中间部分为与硬件相关的系统初始化函数,以及建立任务的函数。对于应用程序的任务的建立,必须依照uCOS II系统中建立任务的格式,根据自己的需求来确定任务的个数,并且根据任务的重要程度和被调用的频率来设置好优先级,创建好任务后,在主函数外面分别列出各个任务函数,每个任务函数都是一个无限循环程序,在无限循环中调用实现某些功能的应用程序函数,然后按设计的需求设置挂起方式和挂起时间。中断服务子程序最好用汇编语言编写，并放入OS_CPU_A.ASM文件中。而C语言编写的应用程序则放在OS_CPU_C.C文件中，这些函数供主函数和任务调用。

　　软件设计好后，就可以和硬件连接起来进行调试了。

　　2 结语

        uCOS II实时操作系统的应用日益广泛，处理器嵌入操作系统系统进行开发也成必然趋势，并能充分体现其优越性。笔者已经成功的将uCOS II系统移植到C8051F060单片机上，并成功运用到多功能电子万年历的设计中，使得万年历系统更加稳定可靠，取得了预期效果。