系统μC/OS-II在P89V51RD2中的移植 02 微处理器, 编译器, 源文件, 而且, 技术

samwalton

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。
　　在μC/OS-II进行任务切换时，首先将P89V51RD2硬件堆栈中的内容复制到要失去CPU拥有权的任务的外部模拟堆栈区，然后将要得到CPU拥有权的任务的外部模拟堆栈中的有效数据复制到P89V51RD2的硬件堆栈中。这样就实现了任务保护和切换。任务模拟堆栈和硬件的堆栈结构如图2所示。TCB 结构体中OSTCBStkPtr 总是指向用户堆栈最低地址，该地址空间内存放用户堆栈长度，其上空间存放系统堆栈映像，即：任务模拟堆栈空间大小=系统硬件堆栈空间大小+1。SP 总是先加1再存数据，因此SP初始时指向系统堆栈起始地址(OSStack)减1 处(OSStkStart)。很明显系统硬件堆栈存储空间大小=SP-OSStkStart。编写OSTaskStkInit()主要完成用户堆栈初始化，从下向上依次保存用户堆栈长度（5），PCL， PCH，PSW， AC C，B， DPL， DPH，R0，R1， R2，R3，R4，R5，R6，R7。不保存SP，任务切换时根据用户堆栈长度计算得出。紧接着的两字节保存可重入函数仿真堆栈的指针X_CP的高8位和低8位，初始化为任务模拟栈的最高地址的高8位和低8位。OSTaskStkInit()总是返回任务模拟栈的最低地址。

图2 P89V51RD2移植μC/OS-II的堆栈结构

　　OS_CPU_A.ASM的移植
　　OS_CPU_A.ASM的移植要求用户编写4个简单的汇编语言函数：
　　OSStartHighRdy()
　　OSCtxSw()
　　OSIntCtxSw()
　　OSTickISR()