μC/OS-II在80196KC单片机上的移植

Ｉｎｔｅｌ的８０１９６ＫＣ系列单片机在中国国内有很大一批用户。支持８０１９６ＫＣ的Ｃ编译器生产厂商主要有Ｔａｓｋｉｎｇ和ＩＡＲ。但国内使用Ｔａｓｋｉｎｇ公司Ｃ编译器的用户较多。由于μＣ／ＯＳ－Ⅱ系统为源码公开的实时操作系统，因此是当前嵌入式系统开发的主要方法。但是，在μＣ／ＯＳ－Ⅱ网站上没有现成的移植实例。因此，有必要进行一次移植以使操作系统成为μＣ／ＯＳ－Ⅱ，这种移植采用的处理器为８０１９６ＫＣ，而其编译器为Ｔａｓｋｉｎｇ ｃ １９６。

１　μＣ／ＯＳ－Ⅱ的工作原理

μＣ／ＯＳ－Ⅱ是一个源码公开的实时多任务操作系统，其工作流程如图１所示。图中，任务切换的核心是利用出栈指令将各个任务的工作现场再现，并利用子程序返回指令改变ＰＣ指针以完成任务的切换。移植的关键是如何构造任务堆栈及任务切换时的出栈顺序。任务区堆栈初始化主要是模拟任务被中断后的堆栈内容。

２　８０１９６ＫＣ的工作状态

８０１９６ＫＣ是Ｉｎｔｅｌ公司的１６位单片机，和程序运行密切相关的寄存器有指令计数器ＰＣ、堆栈指针ｓｐ、程序状态寄存器ＰＳＷ、中断屏蔽寄存器ＩＮＴＭＡＳＫ和ＩＮＴＭＡＳＫ１以及窗口寄存器ＷＳＲ（以下将程序状态寄存器ＰＳＷ、中断屏蔽寄存器ＩＮＴＭＡＳＫ和ＩＮＴＭＡＳＫ１、窗口寄存器ＷＳＲ统称为程序状态字）。它们可在执行子程序调用ｃａｌｌ指令时自动将ｐｃ进栈，并在子程序返回调用ＲＥＴ指令时自动将ｐｃ出栈。由于８０１９６ＫＣ有１６位的寻址能力，故这一动作有２个字节进（出）栈，其中ｐｕｓｈ ａ指令将程序状态字进栈，ｐｏｐ ａ指令将程序状态字出栈。这一动作共有４个字节进（出）栈。另外ｐｕｓｈ ａ动作会将ＰＳＷ中的中断允许位清零，故通常用ｐｕｓｈ ａ关闭中断，而用ｐｏｐ ａ恢复中断允许。由于８０１９６ＫＣ的时钟节拍是特定的周期性中断，当每个时钟节拍到来时，系统将对任务延时做一次裁决。因此，在这个时钟节拍可采用８０１９６ＫＣ中的软件定时器中断。

３　Ｔａｓｋｉｎｇ ｃ编译器的工作细节

带参数的函数调用编译后的主要操作是先将参数进栈，然后执行ｃａｌｌ指令。在函数入口处将堆栈中的参数倒入寄存器ｔｍｐ０、ｔｍｐ２、ｔｍｐ４和ｔｍｐ６以进行操作（以下称临时寄存器）的原因主要是，堆栈一般位于ＲＡＭ区，而对ＲＡＭ区操作不如对寄存器操作快。如果该函数有局部变量，局部变量也是分配在堆栈中。Ｔａｓｋｉｎｇ ｃ编译器一般用一寄存器ｆｒａｍｅ０１（以下称框架寄存器）对局部变量进行访问，在函数返回时执行ｒｅｔ操作，并对ＳＰ指针进行调整，以跳过函数参数在堆栈中的位置。中断调用和函数调用类似，中断本身虽没有参数，但进中断后要对临时寄存器进行保护。因此，应在进中断后执行ｐｕｓｈ ａ操作，并在中断返回时使临时寄存器出栈（注意出栈顺序），然后再次执行ｐｏｐ ａ和ｒｅｔ操作。图２所示为堆栈区的一般结构。 （转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）

４　移植的细节

在ＯＳＴａｓｋＳｔｋＩｎｉｔ（）中，任务堆栈区的构造特点是８０１９６ＫＣ的堆栈区由高向低增长，最高处是任务的入口参数，接着是ＰＣ指针和程序状态字。如前所述，任务切换时要对临时寄存器和框架寄存器进行保护。明确了任务堆栈的构造后，编写任务启动函数（指ＯＳＳｔａａｒｔ函数）和任务切换函数（指ＯＳ＿ＴＡＡＳＫ＿ＳＷ和ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ函数）的关键是，在得到了最高优先级的任务堆栈指针后，如何按正确的顺序出栈，直到ＰＣ指针。其中ＯＳ＿ＴＡＳＫ＿ＳＷ，函数在切换任务之前还要编写对当前任务的现场进行保护的程序，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，不用，因为中断函数用Ｃ写成，而ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ，是在中断中调用的，因此，Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ编译器在进中断时已自动对其保护。同时还应注意，由于在中断服务程序中没有定义局部变量，这使得Ｔａｓｋｉｎｇ Ｃ编译器不能对框架寄存器进行保护，因此，对这一寄存器的保护应在设计时自己加上。