μC/OS-Ⅱ在C8051F系列单片机上的移植及其应用系统开发

随着微处理器技术的飞速发展和嵌入式系统实时性要求的不断提高，应用实时多任务操作系统（RTOS）作为嵌入式设计的开发平台已逐步成为嵌入式应用设计的主流。本研究讨论将μC/OS-Ⅱ移植到C8051F系列高性能8位单片机中，并以C8051F060为例阐述了其应用系统的开发过程。

一、μC/OS-Ⅱ的基本工作原理

1.任务管理

µC/OS-II中的任务可以是一个无限的循环，也可以在一次执行完毕后被“删除”掉，即该任务可以认为CPU完全属于该任务本身，实时应用程序的设计过程包括将问题分割为多个任务。µC/OS-II可以管理64个任务，每个任务有一定的优先级，且优先级不重复。

2.任务调度机制的实现

µC/OS-II是可剥夺型内核，优先级高的任务一旦就绪就能剥夺优先级较低任务的CPU使用权，这提高了系统的实时响应能力。在没有中断情况下，任务间的切换一般会调用OSSched（）函数。µC/OS-II的中断服务子程序和一般前/后台的操作有所不同。

3.任务之间的通信

在µC/OS-II中，可以通过信号量、消息邮箱和消息队列等机制，实现数据共享和任务通信。消息邮箱用一个指针型变量，一个任务或一个中断服务子程序通过内核服务，将一则消息放入邮箱，一个或多个任务通过内核服务接受这则消息。每个邮箱有相应的等待消息任务表，等待消息的任务在无消息时被置挂起态，并记入邮箱等待消息任务表中。消息放入邮箱，内核将运行等待消息任务表中优先级最高的任务。

二、移植及应用

C8051F060系列单片机特别适用于任务繁重的小型化测控系统。当芯片具有的功能被较多地使用时，系统要处理的任务就较多，编程头绪也多。为了简化应用程序实现程序模块化，提高应用程序的实时性和可靠性，将μCOS2Ⅱ移植到C8051F060中就成为一件很有意义的事。

1.µC/OS-II的移植

（1）修改INCLUDES.H文件：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：为确保系统在KEIL环境下正常运行，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。

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

typedef unsigned char OS_CPU_SR；

#define OS_ENTER_CRITICAL（） EA="0"

#define OS_EXIT CRITICAL（）EA="1"

（3）修改OS_CPU_A.ASM文件

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：代码大部分与OSCtxSw（）相同，不同之处在于此处不需要再保存寄存器；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。

2. 基于µC/OS-II的C8051F060应用系统开发

移植了µC/OS-II的C8051F060的每个功能都可以作为一个独立的任务，每个任务都有自己的堆栈空间，可以被其他任务和中断服务程序挂起。在设计中，主函数均以OSInit（）开始，以OSStart（）结束，中间部分为与硬件相关的系统初始化函数。对于任务的建立，必须依照µC/OS-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，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。

应用系统测试程序实现了6个任务：Task1是每1s发送CAN数据包，Task2是处理CAN接收到的数据，Task3是每3s发送串口数据，Task4是处理串口接收到的数据，Task5是处理按键信息，Task6是显示数据。CAN总线接收采用中断方式，其优先级高于其他任务，为了保证系统的实时性，在中断程序中不处理数据，只是发送一个信号量，在Task2中处理CAN数据。串口数据接收亦采用中断方式，其优先级低于CAN高于其他任务。串口数据发送采用的是查询方式，按字节发送。程序中设置6个任务的优先级依次为13，11，14，12，15，16。

在主程序中，首先初始化C8051F060和CAN，调用OsInit（）；然后调用API函数，创建6个任务（不包括空闲任务）；再创建一个信号量CAN_EVENT，为中断与Task2通信所用；最后调用OSStart（），OS系统开始运行优先级最高的任务。Task2的优先级最高，但是在没收到CAN_EVENT之前，任务一直处于休眠状态，当CAN接收器收到数据包后，Task2进入就绪态，在中断返回时，进行任务切换，执行优先级最高Task2。在Task2还未收到信号量之前，Task1、Task3、Task4、Task5和Task6根据时间延时和优先级的不同各自独立运行。

三、结束语

将编写的测试程序下载到C8051F060应用系统中进行了实际的运行测试，测试表明，基于µC/OS-II的C8051F060应用系统中的各任务工作稳定可靠，取得了满意的效果，为进行嵌入式应用系统的进一步设计奠定了基础。

（作者单位：黑龙江省大庆职业学院）

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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