uC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植

引 言：
　　目前，实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。uC/OS-II作为一个实时内核，由于其源码公开、代码规范，广受开发人员的喜爱。SPCE061A是凌阳公司继u’nSPTM系列产品SPCE500A等之后新推出的一款16位单片机，内部集成A/D、D/A等多种接口电路，能很方便地嵌入工业控制的各种场合。更重要的是，其内嵌2K字的SRAM和32K的Flash ROM，因此，在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现uC/OS-II系统的移植。

1 uC/OS-II实时操作系统介绍

　　uC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统，它以源代码的形式给出。其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。系统最多支持56个任务，每个任务均有一个独有的优先级。由于其内核为抢先式，所以总是处于运行态最高优先级的任务占用CPU。系统提供了丰富的API函数，实现进程之间的通信以及进程状态的转化。

2 uC/OS-II系统结构分析与移植

　　uC/OS-II的软件体系结构如图1所示。从图1中可以看到，如果要使用uC/OS-II, 必须为其编写OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三个文件。这三个文件是与芯片的硬件特性有关的，它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。其它文件用C写成，它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。

众所周知，uC/OS-II是一个多任务操作系统。既然是多任务，就需要解决任务切换的问题。任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作，所以它主要用汇编语言写成，因此，对于不同的单片机，其任务切换的代码是不同的；但是只要理解其原理，就能举一反三，以不变应万变。下文将重点讲解任务切换的原理。多任务系统在运行时每个任务好像独立占用CPU一样，因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。该堆栈的作用是保存任务被切换前时CPU各寄存器的值以及系统堆栈的数据。根据以上讨论，可总结出在进行任务切换时需要完成的工作，主要步骤如下： 　　① 将当前任务CPU所有的寄存器压栈；
　　② 将CPU系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中；
　　③ 得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针；
　　④ 恢复下一个任务的CPU寄存器的值；
　　⑤ 恢复下一个任务的系统堆栈中的数据；
　　⑥ 通过中断返回指令或函数返回指令，间接修改PC寄存器的值来进行任务切换。

　　在为uCOS-II编写任务切换代码时需要注意的是：uCOS-II在每次发生中断后都会产生任务调度，但在中断结束后进行的任务切换，不能调用普通任务切换函数，这是因为在中断过程中往往伴随将CPU的状态寄存器压栈操作。以凌阳单片机为例，在中断后，芯片将PC和SR寄存器的值压入堆栈，因此，在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。

　　在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。uCOS-II要求系统能产生10~100Hz的时钟节拍。该时钟节拍由硬件定时器产生。仍以凌阳单片机为例，可选用时基信号TMB2产生128Hz中断，作为系统时钟节拍的产生源。系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成，由于其主要功能在用C编写的子函数中实现，因此，编写该服务子程序的难度不大。

3 uC/OS-II BSP代码的编写

　　BSP（板级支持包）是介于底层硬件和操作系统之间的软件层，它对底层硬件进行封装，使得操作系统不再面对具体的硬件。我们以凌阳SPACE061A单片机为例介绍BSP代码的编写。

3.1 任务切换

　　凌阳SPACE061A单片机有R1~R5 五个通用寄存器，还有1个SR（CPU状态寄存器），再加上PC，总共有7个CPU内部寄存器在任务切换时需要保存。uCOS-II系统调用OSCtxSw( )来实现任务的切换，下面给出其部分代码：
_OSCtxSw:
PUSHALL // 将所有寄存器压栈
OSIntCtxSw_in:
// 求出系统堆栈的长度 ,并将其存入R2
R1=SP
R2=OSStkStart
R1+=1
R2=R2-R1
R1=[_OSTCBCuγ]// R1≤OSTCBStkPtr， R1 为任
//务堆栈的头指针
R1=[R1] // 首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[R1]=R2
R3=OSStkStart // 得到堆栈的起始地址
// 保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
R3-=1
R1+=1
R4=[R3]
[R1]=R4
R2-=1
JNZ save_stack
CALL _OSTaskSwHook
R1=[_OSTCBHighRdy]
[_OSTCBCur]=R1
R1=[_OSPrioHighRdy]
[_OSPrioCur]=R1
JMP OSCtxSw_in

3.2 uCOS-II系统时钟

　　以凌阳SPCE061A单片机的TMB2时基信号作为系统时钟，每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断，在中断服务子程序中会调用OSTickISR()函数，汇编代码如下：
_OSTickISR:
PUSHALL
R1=0x0001
test R1,[P_INT_Ctrl]
JZ OUT
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
CALL _OSIntEnter
CALL _OSTimeTick
CALL _OSIntExit
OUT:
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
POPALL
RETI