嵌入式操作系统μC/OS-II在P89V51RD2中的移植

　　引言

　　自嵌入式系统开发以来，很长时间都采用前后台系统软件设计模式：主程序为一个无限循环，单任务顺序执行。通过设置一个或多个中断来处理异步事件。

　　这种系统对于简单的应用是可以的，但对于实时性要求比较高的、处理任务较多的应用，就会暴露出实时性差、系统可靠性低、稳定性差等缺点。

　　μC/OS-II 是一种基于优先级的抢占式多 任务实时操作系统， 包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步（信号量，邮箱，消息 队列）和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。而且它内核源代码公开，可移植性强，为编程人员提供了很好的一个软件平台。通过μC/OS-II在P89V51RD2 上的移植，可以掌握移植和测试μC/OS-II 的实质内容，很容易将其移植到其它的CPU平台上。

　　μC/OS-II 介绍

　　μC /OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核。μC/OS-II绝大部分的代码是用ANSI的C语言编写的，包含一小部 分汇编代码， 使之可供不同架构的微处理器使用。至今，从8位到6 4位，μC/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。μC/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用，包括很 多领域， 如 手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制 上。实际上，μC/OS-II已经通过了非常严格的 测试，并且得到了美国航空管 理局（Federal Aviation Administration）的认证，可以用在飞行器上。这说明μC/OS-II是稳定可靠的，可用于与人性命攸关的安全紧要（safety critical）系统。除此以外，μC/OS-II 的鲜明特点就是源码公开，便于移植和维护。

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　　μC/OS-II源文件移植

　　在了解了P89V51RD2微处理器和Keil C51 编译器的技术细节的基础上，就可以开始μC/OS-II源文件移植的工作了。真正编写移植代码的工作就相对比较简单了。图1表示了基于μC/OS-II的应用的系统结构结构。由图1可以看出由于μC/OS-II自生的绝大部分代码是使用ANSI C编写的，而且代码的层次结构十分干净，与平台相关的移植代码仅仅存在于OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及OS_CPU.H这三个文件当中。下面分别解释各个文件在P89V51RD2上的移植。

　　图1 μC/OS-II软件体系结构和各模块之间的关系

　　μC/OS-II中与处理器CPU 类型无关的代码：uCOS_II.H和uCOS_II.C，其中uCOS_II.C 文件包含以下文件：OS_CORE.C OS_TASK.C OS_TIME.C OS_SEM.C OS_MBOX.C OS_MUTEX.C 和OS_FLAG.C 也就是说原则上这些文件可以直接添加不用修改。但是由于Keil C51编译器的特殊性，这些代码仍要多处改动，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，另外“pdata” 和“data” 在uCOS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。我通过把“pdata”改成“ppdata”，“data”改成“ddata”解决了此问题。OSTCBCur、OSTCBHighRdy、OSRunning、OSPrioCur、OSPrioHighRdy 这几个变量在汇编程序中用到了，为了使用寄存器R0或R1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。

　　OS_CPU.H的移植

　　OS_CPU.H包括了用#define语句定义的、与处理器相关的常数、宏及类型。因为不同的处理器有不同的字长，所以μC/OS-II的移植包括的一系列数据类型定义，以确保其可移植性。μC/OS-II代码不使用语言中的short，int，及long等数据类型，因为它们是与编译器相关的，是不可移植的。采用定义的整形数据结构等既是可移植的，又很直观。参考Cx51编译手册，可以完成OS_CPU.H里所有数据类型的定义。

　　与所有的实时内核一样，μC/OS-II需要先关中断，再处置临界段代码，并且在处置完毕后重新开中断。这样可以保护临界段代码免受多任务或中断服务子程序的破坏。为了隐藏不同编译器提供的不同的关中断和开中断的实现方法，增强可移植性，μC/OS-II在OS_CPU.H中定义了2个宏，来开中断和关中断：OS_ENTER_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）。根据P89V51RD2的结构和Keil C51提供的方法，我们通过置位或清零中断允许位来实现。

　　代码如下：

　　OS_ENTER_CRITICAL（） EA="0"

　　OS_EXIT_CRITICAL（） EA="1"

　　MCS-51 堆栈从下往上增长(1=向下0=向上) ，OS_STK_GROWTH 定义为0。

　　OS_TASK_SW() OSCtxSw() ，因为P89V51RD2没有软中断指令所以用程序调用代替。在用汇编语言编写的OSCtxSw()中，模拟系统产生中断时的堆栈操作。以保证系统任务的正确切换。

　　OS_CPU_C.C的移植

　　μC/OS-II的移植要求用户在OS_CPU_C.C中编写10个简单的C函数。但唯一必要的μC/OS-II的移植要求用户在OS_CPU_C.C中编写10个简单的C函数。但唯一 必要的是OSTaskStkInit()，其他九个必须声明，但不一定要任何程序代码。

　　OSTaskStkInit()是在系统创建任务时用来初始化任务堆栈的，使堆栈看起来就象中断刚发生一样，所有寄存器都保存在堆栈中。由于P89V51RD2硬件堆栈很小，最多只能有在内部RAM空间的256字节。因此很难将所有任务的堆栈都用硬件堆栈来实现。为了解决这个问题，我们为每个任务在外部RAM空间都分配一段连续的存储区，用来模拟每个任务的堆栈。