μC/OS-Ⅱ在C8051F系列單片機上的移植及其應用系統開發

隨著微處理器技術的飛速發展和嵌入式系統實時性要求的不斷提高，應用實時多任務操作系統（RTOS）作為嵌入式設計的開發平臺已逐步成為嵌入式應用設計的主流。本研究討論將μC/OS-Ⅱ移植到C8051F系列高性能8位單片機中，并以C8051F060為例闡述了其應用系統的開發過程。

一、μC/OS-Ⅱ的基本工作原理

1.任務管理

micro;C/OS-II中的任務可以是一個無限的循環，也可以在一次執行完畢后被“刪除”掉，即該任務可以認為CPU完全屬于該任務本身，實時應用程序的設計過程包括將問題分割為多個任務。micro;C/OS-II可以管理64個任務，每個任務有一定的優先級，且優先級不重復。

2.任務調度機制的實現

micro;C/OS-II是可剝奪型內核，優先級高的任務一旦就緒就能剝奪優先級較低任務的CPU使用權，這提高了系統的實時響應能力。在沒有中斷情況下，任務間的切換一般會調用OSSched（）函數。micro;C/OS-II的中斷服務子程序和一般前/后臺的操作有所不同。

3.任務之間的通信

在micro;C/OS-II中，可以通過信號量、消息郵箱和消息隊列等機制，實現數據共享和任務通信。消息郵箱用一個指針型變量，一個任務或一個中斷服務子程序通過內核服務，將一則消息放入郵箱，一個或多個任務通過內核服務接受這則消息。每個郵箱有相應的等待消息任務表，等待消息的任務在無消息時被置掛起態，并記入郵箱等待消息任務表中。消息放入郵箱，內核將運行等待消息任務表中優先級最高的任務。

二、移植及應用

C8051F060系列單片機特別適用于任務繁重的小型化測控系統。當芯片具有的功能被較多地使用時，系統要處理的任務就較多，編程頭緒也多。為了簡化應用程序實現程序模塊化，提高應用程序的實時性和可靠性，將μCOS2Ⅱ移植到C8051F060中就成為一件很有意義的事。

1.micro;C/OS-II的移植

（1）修改INCLUDES.H文件：增加的頭文件放在頭文件列表的最后。

#include \"os_cpu.h\"

#include \"os_cfg.h\"

#include \"ucos_ii.h\"

（2）修改OS CPU.H文件：為確保系統在KEIL環境下正常運行，重新定義了一系列與C8051F060和KEIL編譯器相關的數據結構、宏和常數。

typedef unsigned char OS_STK；/*定義堆棧寬度為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編寫OSSTartHihgRdy（）函數：獲得將要恢復運行的就緒任務的堆棧映像的最低地址，并計算出堆棧長度，然后向系統堆棧復制數據、堆棧指針SP和堆棧映像指針?C_XBP，最后利用中斷返回。

②編寫OSCtxSw（）函數：先從當前任務的TCB控制塊中獲得當前任務堆棧長度和堆棧映像指針，然后將系統堆棧的內容復制到任務堆棧映像，最后獲得將要恢復運行的就緒任務的TCB，程序跳至OSSTartHihgRdy（）函數的入口，實現任務的切換。

③編寫OSIntCtxSw（）函數：代碼大部分與OSCtxSw（）相同，不同之處在于此處不需要再保存寄存器；需要調整堆棧指針（SP=SP-4），去掉在調用OSIntExit（），OSIntCtxSw（）中壓入堆棧中的多余的內容，以使堆棧中只包含任務的運行環境。

④編寫OSTickISR（）函數：用定時器0作中斷源，初始化定時器0使系統每秒中斷100次，節拍率Tick=100次/秒。

（4）修改OS_CPU_C.C文件：編寫OSTaskStkInit（）函數用來初始化堆棧。

2. 基于micro;C/OS-II的C8051F060應用系統開發

移植了micro;C/OS-II的C8051F060的每個功能都可以作為一個獨立的任務，每個任務都有自己的堆棧空間，可以被其他任務和中斷服務程序掛起。在設計中，主函數均以OSInit（）開始，以OSStart（）結束，中間部分為與硬件相關的系統初始化函數。對于任務的建立，必須依照micro;C/OS-II系統中建立任務的格式，根據自己的需求來確定任務的個數，并且根據任務的重要程度和被調用的頻率來設置好優先級。創建好任務后，在主函數外面分別列出各個任務函數，每個任務函數都是一個無限循環程序，調用實現某些功能的應用程序函數，然后按設計的需求設置掛起方式和掛起時間。

應用系統測試程序實現了6個任務：Task1是每1s發送CAN數據包，Task2是處理CAN接收到的數據，Task3是每3s發送串口數據，Task4是處理串口接收到的數據，Task5是處理按鍵信息，Task6是顯示數據。CAN總線接收采用中斷方式，其優先級高于其他任務，為了保證系統的實時性，在中斷程序中不處理數據，只是發送一個信號量，在Task2中處理CAN數據。串口數據接收亦采用中斷方式，其優先級低于CAN高于其他任務。串口數據發送采用的是查詢方式，按字節發送。程序中設置6個任務的優先級依次為13，11，14，12，15，16。

在主程序中，首先初始化C8051F060和CAN，調用OsInit（）；然后調用API函數，創建6個任務（不包括空閑任務）；再創建一個信號量CAN_EVENT，為中斷與Task2通信所用；最后調用OSStart（），OS系統開始運行優先級最高的任務。Task2的優先級最高，但是在沒收到CAN_EVENT之前，任務一直處于休眠狀態，當CAN接收器收到數據包后，Task2進入就緒態，在中斷返回時，進行任務切換，執行優先級最高Task2。在Task2還未收到信號量之前，Task1、Task3、Task4、Task5和Task6根據時間延時和優先級的不同各自獨立運行。

三、結束語

將編寫的測試程序下載到C8051F060應用系統中進行了實際的運行測試，測試表明，基于micro;C/OS-II的C8051F060應用系統中的各任務工作穩定可靠，取得了滿意的效果，為進行嵌入式應用系統的進一步設計奠定了基礎。

（作者單位：黑龍江省大慶職業學院）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文