利用MC68K的C編譯器的μC/OS-II向MC68K移植的實現(xiàn)

一、MC68K CPU簡介

MC68K及68020、68040等的著名的MOTOROLA32位微處理器，和與之兼容的68K、CPU32、CPU32+等CPU擴充定時處理單元TPU、隊列串行模塊QSM、系統(tǒng)控制模塊和RAM等組成MC683xx系列單片機。

CPU32 內部有8個32位通用數(shù)據寄存器，8個32位通用地址寄存器。8個通用數(shù)據寄存器可作為累加器使用，也可看成C語言中各種類型的變量;8個通用地址寄存器，可作為變址寄存器使用，也可看成C語言中的指針型變量。CPU32有獨立的用戶堆棧指針和系統(tǒng)堆棧指針，可區(qū)分程序區(qū)、數(shù)據區(qū)、系統(tǒng)區(qū)、用戶區(qū)等存儲空間，有7級中斷。

要實現(xiàn)μC/OS-II向MC68K的移值，需要有MC68K的C編譯器。我們使用的HIWARE公司的C編譯器。該C編譯器允許嵌入行匯編。

二、移植中所需修改的文件

和CPU相關的文件主要有三個：C語言文件OS_CPU32.C、頭文件OS_CPU32.H和匯編文件OS_CPU32.ASM。

1.INCLUDES.H文件

INCLUDES.H 是主頭文件，在所有后綴名為.C文件的開始都包含INCLUDES.H文件。對于不同類型的處理器，用戶需要改定INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。在安裝μC/OS-II的時候，附帶了幾個移植實例，例如，針對Intel 80x86的代碼安裝到IIL目錄。我們?yōu)镸C68K編寫的移植實例都放在II下，在INCLUDES.H文件中增加有：

#include "iiK_CPU32.ASM"

#include "iiK_CPU32.C"

#include "iiK_CPU32.H"

2.OS_CPU32.H文件

OS_CPU32.H文件中定義了與硬件相關的基本信息：

typedef unsigned char INT8U; /*無符號8位數(shù)*/

typedef signed char INT8S; /*帶符號8位數(shù)*/

typedef unsigned int INT16U; /*無符號16位數(shù)*/

typedef signed int INT16S; /*帶符號16位數(shù)*/

typedef signed long INT32S; /*帶符號32位數(shù)*/

typedef unsigned int OS_STK; /*堆棧入口寬度為16位*/

#define OS_STK_GROWTH1 /*堆棧由高地址向低地址增長*/

#define UCOS 0 /*用于任務切換的軟中斷*/

define OS_TASK_SW() _TRAP(UCOS)

#define OS_ENTER_CRITICAL() move.w#$2700,SR /*進入臨界區(qū)*/

#define OS_EXIT_CRITICAL() move.w #$2000,SR /*退出臨界區(qū)*/

(1)數(shù)據類型

由于不同的處理器有不同的字長，μC/OS-II的移植需要重新定義一系列的數(shù)據結構。由于 MC68K為32位MCU，整數(shù)(int)類型數(shù)據為16位，長整開有(long)為32位。在MC68K中堆棧都是按字進行操作的，所以堆棧數(shù)據類型 OS_STK聲明為16位。所有的堆棧必須用OS_STK聲明。

(2)代碼臨界區(qū)

μC/OS -II在進入系統(tǒng)臨界代碼區(qū)之間要關中斷，等到退出臨界區(qū)后再打開，從而保護核心數(shù)據不被多任務環(huán)境下的其他任務或中斷破壞。在MC68K中，開關中斷可以通過設置狀態(tài)寄存器SR中的中斷屏蔽位來實現(xiàn)。μC/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL()定義將狀態(tài)寄存器的中斷屏蔽位置位，屏蔽所有的七級中斷;OS_EXIT_CRITICAL()定義將狀態(tài)寄存器的中斷屏蔽位清零，打開所有的七級中斷。這種處理方法非常簡單，但CPU32提供分級中斷機制得不到使用。如果要使用分級中斷，必須改寫一些相關的函數(shù)，將在第4節(jié)中闡明。

(3)堆棧方向

MC68K處理器的堆棧是由高地址向低地址遞減的，所以OS_STK_GROWTH必須設置為1。

(4)OS_TASK_SW()函數(shù)的定義

在μC/OS -II中，OS_TASK_SW()用來實現(xiàn)任務切換。就緒任務的堆棧初始化應該模擬一次中斷發(fā)生后的樣子，椎棧中應該按入棧次序設置好各個寄存器。 OS_TASK_SW()函數(shù)模擬一次斷過程，在中斷返回的進修進行任務切換。CPU32有16個軟中斷可供選用，稱為陷阱TRAP調用。中斷程序程序的入口必須指向匯編函數(shù)OSCtxSw()。

我們在μC/OS-II所提供的例程中使用的0號陷阱調用，由下面的語句完成定義：

#define OS_TASK_SW() -TRAP(UCOS)

3.OS_CPU32.ASM文件

μC/OS-II的移植需要用戶改寫OS_CPU_A.ASM中的4個函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSINTCtxSw()和OSTICkISR()。

(1)OSStartHighRdy()函數(shù)

該函數(shù)由OSStart()函數(shù)調用，功能是運行優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務。在調用OSStart() 之前，用戶必須先調用OSInit()，并且已經至少創(chuàng)建了一個任務。為啟動任務，OSStartHighRdy()首先找到當前就緒的優(yōu)先級最高的任務，OSTCBHighRdy中保存有優(yōu)先級最高任務的任務控制塊(TCB)的地址，并從任務的任務控制塊中找到指向堆棧的指針，然后運行指令 MOVEM.L(A7)+，A0-A6/D0-D7，從堆棧中彈出全部寄存器的內容，運行RTE中斷返回。由于任務創(chuàng)建時堆棧的結構就是按中斷捕撈堆棧結構初始化的，執(zhí)行RET指令后就切換到了新任務。有關μC/OS- II的任務切換機制，請參考系列計座(3).

OSStartHighRdy的匯編代碼如下：

_OSStarHighRdy

MOVE.L(_OSTCBHighRdy)，A1

;獲取最高優(yōu)先級就緒任務的TCB地址

MOVE.L A1，(_OSTCBCur)

MOVE.L (A1)，A7 ;取得堆棧指針

MOVEM.L (A7)+，A0-A6/D0-D7

RTE ;中斷返回，切換任務

(2)OSCtxSw( )函數(shù)

OSCtxSw( )是一個任務級的任務切換函數(shù)(在任務中調用，區(qū)別于在中斷程序中調用的OSIntCtxSw()，在MC68K系統(tǒng)上，通過執(zhí)行一條軟中斷指令來實現(xiàn)任務切換。軟中斷向量指向函數(shù)，而該函數(shù)的執(zhí)行結構可能造成系統(tǒng)任務重新調度(例如，試圖喚醒一個優(yōu)先級更高的任務)，則在函數(shù)的末尾會調用OSSched ()，OSSched()將查找當前就緒的優(yōu)先級最高的任務。如果不是當前任務，則判斷是否需要進行任務調度，再找到該任務控制塊OS_TCB的地址，并將該地址拷貝到變量OSTCBHighRdy中，然后通過寵OS_TASK_SW()執(zhí)行軟中斷，進行任務切換。在此過程中，變量OSTCBCur始終包含一個指向當前運行任務OS_TCB的指針。OSCtxSw()的匯編代碼如下：

_OSCtxSw

MOVEM.L A0-A6/D0-D7,-(A7) ;存儲當前任務環(huán)境

MOVE.L (_OSTCBCur)，A1 ;保存當前任務TCB指針

MOVE.L A7，(A1)

MOVE.L (_OSTCBHighRdy)，A1 ;獲取最高優(yōu)先級就緒任務的TCB地址

MOVE.L A1，(_OSTCBCur) ;將就緒任務設置為當前運行任務

MOVE.L (A1)，A7 ;取得新任務的堆棧指針

MOVEM.L (A7)+，A0-A6/D0-D7 ;

RTE ;中斷返回，切換任務

(3)OSIntCtxSw()函數(shù)

在μC/OS -II中，由于中斷的產生可能會引起任務切換，在中斷服務程序的最后會調用OSICntExit()函數(shù)檢查任務就緒狀態(tài)。如果需要進行任務切換，將調用 OSIntCtxSw()，所以，OSIntCtxSw()又稱為中斷級的任務切換函數(shù)。由于在調用OSIntCtxSw()之前已經發(fā)生了中斷， OSIntCtxSw()默認CPU寄存器已經保存在被中斷任務的堆棧了。OSIntCtxSw()的代碼與OSCtxSw()的大部分相同，不同之處是：第一，由于中斷已經發(fā)生，此處不需要再保存CPU寄存器;第二，OSIntCtxSw()需要調整堆棧指針，去掉堆棧中一些不需要的內容，以使堆棧中包含任務的運行環(huán)境。

_OSIntCtxSw

ADDA #10，A7 ;忽略掉由于函數(shù)嵌套調

;用而壓入堆棧的內容

MOVE.L (_CSTCBCur)，A1 ;在TCB中保存當前

;任務的堆棧指針

MOVE.L A7，(A1)

MOVE.L (_OSTCBHighRdy)，A1

;獲取最高優(yōu)先級就緒任務的TCB地址

MOVE.L A1，(_OSTCBCur) ;將就緒任務設備為當前

;運行任務

MOVE.L (A1)，A7 ;取得堆棧指針

MOVEM.L (A7)+，A0-A6/D0-D7 ;

RTE ;中斷返回，切換任務

(4)OSTickISR()函數(shù)

在μC/OS-II中，當調用OSStart()啟動多任務環(huán)境后，時鐘中斷非常重要。在時鐘中斷中處理所有與定時相關的工作，如任務的延時、等待操作等等。在時鐘中斷中將查詢處于等待狀態(tài)的任務，判斷是否延時結束，以重新進行任務調度。

和μC/OS -II中的其他中斷服務程序一樣，OSTICkISR()首先在被不斷任務堆棧中保存CPU寄存器的值，然后調用OSIntEnter()。ΜC/OS- II要求在中斷服務程序開頭調用OSIntEnter()，其作用是將記錄中斷嵌套層數(shù)的全局變量OSIntNesting加1。如果不調用 OSIntEnter()，直接將OSIntNesting加1也是允許的。隨垢，OSTickISR()調用OSTimeTick()，檢查所有處于延時等待狀態(tài)的任務，判斷是否有延時結束并就緒的任務。在OSTickISR()的最后調用OSIntExit()，如果在中斷中(或其他嵌套的中斷)有更高優(yōu)先級的任務就緒，并且當前中斷為中斷嵌套的最后一層，OSIntExit()將進行任務調度。注意，如果進行了任務調度，OSIntExit()將不再返回調用者，而是用新任務堆棧中的寄存器數(shù)值恢復CPU現(xiàn)場，然后用RTE實現(xiàn)任務切換。如果當前中斷不是中斷嵌套的最后一層，或中斷中沒有改變任務的就緒狀態(tài)，OSIntExit()將返回調用者OSTickISR()，最后OSTickISR()返回被中斷的任務。

4.OS_CPU32.C文件

μC/OS-II的移值需要用戶在OS_CPU32.C中定義6個函數(shù)，而實際上需要定義的只有OSTaskStkInit()一個函數(shù)，其他5個函數(shù)需要聲明，但