1、    在MC68HC908GP32上移植C/OS-II    在MC68HC908GP32上移植C/OS-II    類別：嵌入式系統      作者：清華MOTOROLA單片機應用開發研究中心    邵貝貝 許慶豐 王云飛 王若鵬    來源：單片機與嵌入式系統應用      

2、;                                                  

3、;在前幾講中，介紹了C/OS-II的概念、工作機制，還介紹了C/OS-II在Intel    80X86CPU上的移植，相信讀者通信學習，已經對移植的過程和步驟有了一定的了解。C/OS-II最初是為摩托羅拉68HC11系列單片機設計的。68HC11系列單片機有外部總線，可以外接RAM和ROM；而沒有外部總線8位MCU。由于RAM容量的限制，移植就存在一定的困難；但對于有些8位的MCU，將C/OS-II移植到MOTOROLA    MC68H908GP32（以下簡稱GP32）上。   &

4、#160;一、在GP32上移植C/OS-11的主要問題    在第（4）講中，介紹過要移植C/OS-11，目標處理必須滿足以下要求：    （1）處理器的C編譯器能產生可重入代碼；    （2）用C語言就可以打開和關閉中斷；    （3）處理器支持中斷，并且能產生定時中斷（通常在10100Hz之間）；    （4）處理器支持足夠的RAM，保存全局變量和作為多任務環境下的任務堆棧。 

5、60;  （5）處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲到堆棧或內存中的指令。    編譯后的C/OS-II的內核大約有610KB；如果只保留最核心的代碼，則最小可壓縮到2KB。RAM的占用與系統中的任務數有關，任務堆棧要占用大量的RAM空間，堆棧的大小取決于任務的局部變量、緩沖區大小及可能的中斷嵌套的層數。所以，所要移植的系統中必須有足夠的RAM資源。而像MOTOROLA6805系列的8位MCU，由于RAM資源太小且堆棧指針是固定的，不能滿足上面的第（4）條和第（5）條要求，所以C/OS-II不能在這類處理器上運行。 

6、;   GP32是68HC08家庭的成員，具有512字節的片內RAM，32K字節的片內Flash，8MHz總線時鐘。內部寄存器包括1個8位累加器A，1個16位索引寄存器X，1個16位堆棧指針寄存器SP，1個16位程序指針寄存器PC及1個8位標志寄存器CCR。與6805系列MCU相比，68HC08系列MCU的堆棧指針為16位，可以自由尋址。這就滿足了移植條件（5），且可以使用C編譯器生成代碼。GP32的用戶手冊可以在摩托羅拉公司的主頁上下載，。    在GP32上移植C/OS-II的主要困難還是RAM資源太少。為了移植成功，必

7、須采取措施減少RAM的用量，包括限制系統中的任務數量、仔細修改C/OS-II內核、去掉不使用的部分、限制任務的斷嵌套層數、在任務中盡量減少使用局部變量等等。在采取了上述措施后，可將RAM用量減少到最低。但需要提醒的是，為了節省堆棧空間而采用的限制中斷嵌套層數的方法將影響系統的實時性能。所以，在GP32上移植C/OS-II更多的是一種演示，能更好地說明C/OS-II內核的可裁剪性和靈活性。    在本講中將介紹一個移植實例。為了減少RAM用量，在本例中只運行了2個用戶任務。盡量減池一內核中不必要的模塊（包括由箱、消息隊列、內存管理等），去掉了任務掛起、喚醒

8、和刪除等擴展功能，但仍然支持任務的創建和管理，也保留了信號量模塊來用來任務間的通訊。    二、工具和運行環境    要實現C/OS-II向GP32的移植，需要一個面向MC68HC08的C編譯器。筆者使用的是HIWARE公司的C編譯器。移植過程同樣適用于MC68HC08家庭的其他成員。    三、移植中所需修改的文件    首先是編寫整個項目的公共頭文件include.h，這個文件定義使用內核中的哪些模塊。Include.h會被所有的C

9、源程序引用。還要修改和CPU相關的三個文件，分別是頭文件OS_CPU08.H、匯編代碼文件OS_CPU08.ASM和C代碼文件OS_CPU08.C。    1.include.h文件    include.h是主頭文件，在所有后綴名為.C的文件的開始都包含include.h文件。文件中可以內核進行裁剪。在本例中定義如下：    #define OS_MAX_EVENTS 2 /*共用了2個信號量*/    #define OS_MAX_

10、MEM_PART 0 /*不使用內存塊功能*/    #define OS_MAX_QS 0 /*不使用消息隊列功能*/    #define OS_MAX_TASKS 3 /*共有3個任務（包括空閑任務）*/    #define OS_LOWEST_PRIO 20 /*定義最低優先級20*/    #define OS_TASK_IDLE_STK_SIZE 60 /*定義空閑任務堆棧60字節*/   &

11、#160;#define OS_TASK_STAT_EN 0 /*不使用統計任務*/    #define OS_MBOX_EN 0 /*不使用消息郵箱功能*/    #define OS_MEM_EN 0 /*不包括內存管理部分代碼*/    #define OS_Q_EN 0 /*不包括消息隊列部分代碼*/    #define OS_SEM_EN 1 /*定義包括信息量相關代碼*/    #

12、define OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN 0 /*不包括任務優先級動態改變代碼*/    #define OS_TASK_CREATE_EN1 /*包括任務創建函數代碼*/    #define OS_TASK_CREATE_EXT_EN 0 /*不包括帶擴展功能的任務創建函數*/    #define OS_TASK_DEL_EN 0 /*不包括刪除任務函數代碼*/    #define OS_TASK_SUSPEN

13、D_EN 0 /*不包括任務掛起和喚醒函數代碼*/    #define OS_TICKS_PER_SEC 10 /*定義每秒的時鐘節拍數*/    對于不同類型的處理器，還需要改寫include.h文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。在安裝C/OS-II的時候，附帶了幾個移植實例，例如，針對Intel    80X86的代碼安裝到IIL目錄下。我們為GP32編寫的移植實例可放在IIHC08下，這樣，為GP32改寫的include.h文件中應該加入下列語句： 

14、;   #include "iiHC08_CPU08.ASM"    #include "iiHC08_CPU08.C"    #include "iiHC08_CPU08.H"    2.OS_CPU08.H文件    OS_CPU08.H文件中定義了硬件相關的基本信息：    /*數據類型*/ 

15、   typedef unsigned char BOOLEAN;    typedef unsigned char INT8U;    typedef signed char INT8S;    typedef unsigned short INT16U;    typedef signed short INT16S;    typedef unsigned lon

16、g INT32U;    typedef signed long INT32S;    /*定義堆棧增長方向*/    #define OS_STK_GROWTH1 /*堆棧由高地址向低地址增長*/    /*定義堆棧單位*/    #define OS_STK INT8U    /*定義進入臨界代碼區開關中斷宏*/   

17、60;#define OS_ENTER_CRITICAL() asm sei    #define OS_EXIT_CRITICAL() asm cli    #define OS_TASK_SW() asm swi    (1)數據類型    由于不同的處理器有不同的字長，C/OS-II的移植需要重新定義一系列的數據結構。具體字長還和使用的C編譯器有關。在GP32中堆棧是按字節操作的，堆棧數據類型OS_STK聲明為8位。C/OS-II

18、中所有任務的堆棧都必須用OS_STK聲明。    （2）代碼臨界區    C/OS-II在進入系統臨界代碼區之前要關閉中斷，等到退出臨界區后再打開，從而保護核心數據不被多任務環境下的其他任務或中斷破壞。在GP32中，開關中斷可以通過匯編指令CLI和SEI來實現。所以C/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL（）定義為指令SEI，OS_EXIT_CRITICAL（）定義為指令CLI。    （3）堆棧增長方向    GP32的

19、堆棧是由高地址向低地址方向增長的，所以常量OS_STK_GPOWTH必須設置為1。    （4）OS_TASK_SW（）函數的定義    在C/OS-II中，OS_TASK_SW（）用來實現任務切換。就緒任務的堆棧初始化應該模擬一次中斷發生后的樣子，堆棧中應該按進棧次序設置好各個寄存器的內容。OS_TASK_SW（）函數模擬一次中斷過程，在中斷返回的時候進行任務切換。GP32中可采用軟中斷指令SWI實現任務切換。中斷服務程序的入口點必須指向匯編函數OSCtxSw()。    

20、OS_TASK_SW（）的定義：    #define OS_TASK_SW() asm swi    3.OS_CPU08.ASM文件    C/OS-II的移植需要改寫OS_CPU08.ASM中的4個函數：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。    （1）OSStartHighRdy()函數    該函數由SStart()函數

21、調用，功能是運行優先級最高的就緒任務。在調用OSStart()之前，必須先調用OSInit（），并且已經至少創建了一個任務。為了啟動任務，OSStartHighRdy（）首先找到當前就緒的優先級最高的任務（OSTCBHighRdy中保存有優先級最高任務的任務控制塊-TCB的地址），并從任務的任務控制塊（OS_TCB）中找到指向堆棧的指針，然后從堆棧中彈出全部寄存器的內容，運行RTE中斷返回。由于任務創建時堆棧的結構就是按中斷后的堆棧結構初始化的，執行RET指令后就切換到新任務（有關C/OS-II的任務切換機制，請參考系列講座的第2講）。對于OSStartHighRdy的代碼，我們采用在C中嵌入

22、匯編的方法編寫。需要說明的是，由于GP32中有512字節RAM，所以地址指針必須是16位的；而GP32中累加寄存器A為8位，所以用累加器A傳遞地址必須進行兩次讀入、輸出操作。    Void OSStartHighRdy(void)    asm        jsr OSTaskSwHook /調用用戶定義接口函數    lda OSRunning /設置OSRunning變量，標志進入多任務模

23、式    inca    sta OSRunning    ldx OSTCBHighRdy /取得最高優先級就緒任務TCB地址    stx OSTCBCur /保存到OSTCBCur中    pshx    ldx OSTCBHighRdy:1/保存地址的第二個字節    stx OSTCBCur:1 &

24、#160;  pulh    lda 0,X /載放就緒任務堆棧指針    psha    ldx 1,X /載入就緒任務堆棧指針第二個字節    pulh    txs    pulh /恢復索引寄存器內容    rti /中斷返回，運行新任務    

25、60;   (2)OSCtxSw()函數    OSCtxSw()是一個任務級的任務切換函數（在任務中調用，區別于在中斷程序中調用的OSIntCtxSw()）。在GP32上實現，可通過執行一條軟中斷指令SWI來實現任務切換。軟中斷向量指向OSCtxSw()。在C/OS-II中，如果任務調用了某個函數，而該函數的執行結果可能造成系統任務新調度（例如試圖喚醒一個優先級更高的任務），則在函數的末尾會調用OSSched()；如果OSSched()將查找當前就緒的優先級最高的任務，若不是當前任務，則判斷是否需要進行任務調度，并找到該任

26、務控制塊OS_TCB的地址，將該地址拷貝到變量OSTCBHighRdy中，然后通過宏OS_TASK_SW（）執行軟中斷進行任務切換。在此過程中，變量OSTCBCur始終包含一個指向當前運行任務OS_TCB的指針。OSCtxSw()的匯編代碼如下：    Void OSCtxSw(void)    asm    pshh /保存X寄存器    tsx    pshx   

27、; pshh    dx OSTCBCur /載入當前任務的TCB指針    pshx    ldx OSTCBCur:1 /載入TCB的第二個字節    pulh    pula    sta 0,x /保存當前堆棧指針    pula    sta 1,x 

28、;   jsr OSTaskSwHook /調用用戶定義的接口函數    lda OSPrioHighRdy /設置OSPrioCur=OSPrioHighRdy    sta OSPrioCur    pshx    ldx OSTCBHighRdy:1    stx OSTCBCur:1    pulh  

29、;  lda 0,x /載入堆棧指針    psha    ldx,1,x    pulh    txs    pulh /恢復索引寄存器內容    rti /中斷返回，切換任務        （4）OSTickISR()函數   

30、; 在C/OS-II中，當調用OSStart（）啟動多任務環境后，時鐘中斷的使用是非常重要的。在時鐘中斷程序中負責處理所有與定時相關的工作，如任務的延時、等待操作等等。在時鐘中斷中將查詢處于等待狀態的任務，判斷是否延時結束，否則將重新進行任務調度。    為GP32編寫的函數OSTickISR()的代碼如下：    void OSTickISR()void    asm    pshh   

31、60;LDA T1SC    BCLR 7,T1SC /允許中斷嵌套        OsintEnter(); /*標志進入中斷*/    OSTimeTick()； /*調用時鐘節拍函數*/    OSlntExit()； /*標志退出中斷*/    Asm    Pulh   

32、0;Rti        和C/OS-II中的其他中斷服務程序一樣，OSTickISR()首先在被中斷任務堆棧中保存CPU寄存器的值，然后調用OSIntEnter()。C/OS-II要求在中斷服務程序開頭調用OSIntEnter()，其作用是將記錄中斷嵌套層數的全局變量OSIntNesting加1。如果不調用OSIntEnter()，直接將OSIntNesting加1也是允許的。隨后，OSTickISR()調用OSTimeTick（），檢查所有處于延時等待狀態的任務，判斷是否有延時結束就緒的任務。在OSTickIS

33、R()的最后調用OSIntExit（），如果在中斷中（或其他嵌套的中斷）有更高優先級的任務就緒，并且當前中斷為中斷嵌套的最后一層，OSIntExit()將進行任務調度。注意：如果進行了任務調度，OSIntExit()將不同志返回調用者，而是用新任務的堆棧中的寄存器數值恢復CPU現場，然后用IRET實現任務切換。如果當有中斷不是中斷嵌套的最后一層，或中斷中沒有改變任務的就緒狀態，OSIntExit()將返回調用者OSTickISR()，最后OSTickISR（）返回被中斷的任務。    4.OS_CPU08.C文件   

34、60;C/OS-II的移植需要用戶在OS_CPU08.C中定義6個函數：    OSTaskStkInit()    OSTaskCreateHook()    OSTaskDelHook()    OSTaskSwHook()    OSTaskStatHook()    OSTimeTickHook()    實際

35、需要定義的只有OSTaskStkInit()函數，其他5個函數需要聲明，但不一定有實際內容。這5個函數都是用戶定義，所以OS_CPU08.C中只有定義，沒有給出代碼。如果用戶需要使用這些函數，請將文件OS_CFG.H中的#define    constant OS_CPU_HOOKS_EN設為1，設為0表示不使用這些函數。    OSTaskStkInit()函數由任務創建函數OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調用，用來初始化任務的堆棧。初始狀態的堆棧模擬發生一次中斷后的堆棧結構，按照

36、中斷后的進棧次序預留各個寄存器存儲空間；而中斷返回地址指向任務代碼的起始地址。當調用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt（）創建一個新任務時，需要傳遞的參數是：任務代碼的起始地址、參數指針（pdata）、任務堆棧頂端的地址、任務的優先級。OSTaskCreateExt（）還需要一些其他參數，但與OSTaskStkinit（）沒有關系。OSTaskStkInit()只需要以上提到的3個參數（task、pdata和ptos）。堆棧初始化工作結束后，OSTaskStkInit（）返回新的堆棧棧頂指針，OSTaskCreate()OSTaskCreateExt()將指針保存在任

37、務的OS_TCB中。    Void*OSTaskStklint(void(*task)(void*pd),void*pdata,void*ptos,INT16U    opt)        INT16U *stk;    stk=(INT16U*)ptos; /*保存堆棧指針*/    *-stk=(INT16U)(task); /保存程序計數器內容*/

38、    *-stk=(INT16U)(0x00); /初始化X和A寄存器內容*/    -stk=(INT16U)(0x00); /*初始化CCR和H寄存器*/    return(void*)stk);        其余的幾個函數：OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskStatHook和OSTimeTickHook（）均

39、由用戶自定義。    四、制作用戶自己的項目    在為內核編寫了上述與硬件相關的代碼以后，用戶就可以為自己的項目編寫實際的代碼了。在本例中，用戶任務共有兩個。任務1在初始化時鐘中斷以后，就進入了一人死循環。在這個循環里，任務1一方面以1s(秒)為周期改變并行I/O口PORTA第0個引腳的輸出電壓，另一方面每隔4s便向任務2發送1個信號。而任務2則始終等待任務1發來的信號，一旦收到信號，便改變并行I/O口PORTA第1個引腳的輸出電壓。具體的代碼如下：    /* 

40、   * EXE2.C    */    #include<hidef.h>    #include "includes.h"    Byte PORTA 0x0000; /*并口A地址$0000*/    Byte DDRA 0x0004; /*并口A方向寄存器地址$0004*/    Byte

41、 T1SC 0x0020; /*定時器控制寄存器地址$0020*/    Byte T1MODH0x0023; /*定時器模式寄存器地址$0023*/    OS_EVENT *Semaphore；    #define TASK_STK_SIZE 64 /*任務堆棧大小64字節*/    INT8U Task1StkTASK_STK_SIZE; /*定義任務1堆棧*/    INT8U Task

42、2StkTASK_STK_SIZE; /*定義任務2堆棧*/    Void Hardwareinit(void);    Void Task1(void*pdata)    int count=0;    /*int count=0;    /*初始化定時器*/    asm    LDA #0x50 &#

43、160;  STA T1SC    LDHX #0x0333 /設定定時器間隔100ms    STHX T1MODH    CLI        for(;)    PORTA&=0xFE;    OSTimeDly(5); /*延時0.5s*/   

44、0;PORTA|=0x01;    /*延時0.5s*/    DSTimeDly(5);    Count+;    If(count= =4)    OSSemPost(Semaphore);    Count=0;            void Task2(void *pdata)