uCOS II嵌入式系統(tǒng)在C8051F060上的應(yīng)用

 隨著集成電路的高速發(fā)展和CMOS工藝水平的不斷提高，系統(tǒng)級(jí)芯片SOC已經(jīng)開始成為設(shè)計(jì)的主流。C8051F060單片機(jī)由美國Cygnal公司設(shè)計(jì)并制造，是一款完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SOC，具有與MCS51內(nèi)核及指令集完全相同的微控制器。在傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)工作中，經(jīng)常遇到程序跑飛或是陷入死循環(huán)，尤其是其中牽扯到復(fù)雜的計(jì)算，只有耗費(fèi)大量時(shí)間來慢慢分析。如果在系統(tǒng)中嵌入uCOS II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將使得調(diào)試程序變得簡單，并大大增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 uCOS II系統(tǒng)在C8051F060上的應(yīng)用

要應(yīng)用uCOS II系統(tǒng)，首先要做的就是在C8051F060上移植該系統(tǒng);其次，在運(yùn)行穩(wěn)定正常的系統(tǒng)上進(jìn)行開發(fā)。另外，還需要一個(gè)面向C8051F060的C編譯器作為系統(tǒng)工作的環(huán)境。筆者使用的是Keil軟件公司的Keil uVision3 V8.09，支持C和匯編混合編程。

1.1在C8051F060上移植uCOS II系統(tǒng)

移植的主要工作就是以C8051F060為處理器.修改與C8051F060相關(guān)的幾個(gè)文件

(1)修改INCLUDES.H文件

對(duì)于C8051F060.筆者在INCLUDES.H中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C8051F060系統(tǒng)在KEIL環(huán)境下正常運(yùn)行.在OS_CPU.H重新定義了一系列與C8051F060和KEIL編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏和常數(shù)。

重新定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中要特別注意的是，

C8051F060單片機(jī)中堆棧是按字節(jié)操作的，堆棧數(shù)據(jù)類型OS_STK聲明為8位：

typedef unsigned char OS_STK; /*定義堆棧寬度為8位*/

typedef unsigned char OS_CPU_SR;

C8051F060單片機(jī)中，堆棧是從低地址向高地址增長的，所以O(shè)S_STK_GROWTH =0

臨界段的宏的設(shè)置利用C8051F060單片機(jī)的開中斷和關(guān)中斷指令來實(shí)現(xiàn)：

#define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0

#define OS_EXIT CRITICAL() EA=1

OS_TASK_SW() 函數(shù)的定義：#define Os_TASK_SW() OSCtxSw()

(3)修改OS_CPU_A.ASM文件

用戶需要編寫4個(gè)函數(shù)的代碼：OSSTartHihgRdv()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。另外，由于C8051F060在內(nèi)部RAM上有所欠缺.需要利用外部程序存儲(chǔ)空間作任務(wù)堆棧映像。函數(shù)代碼實(shí)現(xiàn)方法如下：

①編寫OSSTartHihgRdy()函數(shù)

獲得將要恢復(fù)運(yùn)行的就緒任務(wù)的堆棧映像的最低地址，并計(jì)算出堆棧長度，然后向系統(tǒng)堆棧復(fù)制數(shù)據(jù)、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(shù)

先從當(dāng)前任務(wù)的TCB控制塊中獲得當(dāng)前任務(wù)堆棧長度和堆棧映像指針，然后將系統(tǒng)堆棧的內(nèi)容復(fù)制到任務(wù)堆棧映像，最后獲得將要恢復(fù)運(yùn)行的就緒任務(wù)的TCB，程序跳至OSSTartHihgRdy()函數(shù)的入口，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的切換。

③編寫OSIntCtxSw()函數(shù)

OSIntCtxSw()函數(shù)代碼大部分與OSCtxSw()相同，不同之處在于：

此處不需要再保存C8051F060寄存器;

需要調(diào)整堆棧指針(SP=SP-4)，去掉在調(diào)用OSIntExit()，OSIntCtxSw()中壓入堆棧中的多余的內(nèi)容，以使堆棧中只包含任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。

④編寫OSTickISR()函數(shù)

用定時(shí)器0作中斷源.初始化定時(shí)器0使系統(tǒng)每秒中斷100次，節(jié)拍率Tick=100次/秒。

(4)修改OS_CPU_C.C文件 。

編寫OSTaskStkInit()函數(shù)用來初始化堆棧。需要注意的是。筆者所用的KEIL編譯環(huán)境中，任務(wù)參數(shù)是通過寄存器R3、R2、R1傳遞，而不是通過虛擬堆棧傳遞。如：

*stk++=(INT16U)dpdata&0xFF; //R1

*stk++=(INT16U)dpdata>>8; //R2

*stk++=0x03; //R3

1.2 系統(tǒng)測試

uCOS II系統(tǒng)移植完成以后，需要檢驗(yàn)系統(tǒng)是否能運(yùn)行正常。筆者參考了uCOS II系統(tǒng)的作者的測試方法進(jìn)行了3個(gè)步驟的測試：

驗(yàn)證OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函數(shù);

驗(yàn)證OSCtxSw()函數(shù);

驗(yàn)證OSIntCtxSw()和OSTickISR()函數(shù)。

測試結(jié)果，系統(tǒng)在C8051F060上運(yùn)行正常。

1.3 以C8051F060單片機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)的uCOS II系統(tǒng)的開發(fā)

uCOS II系統(tǒng)穩(wěn)定正常的運(yùn)行以后，就可以依此為應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。

有著豐富資源的C8051F060單片機(jī)是比較新的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SOC，從它的主要特性中可以看出，在滿足較大的外圍電路設(shè)計(jì)的同時(shí)，能大大簡化電路。筆者所用的硬件環(huán)境是新華龍公司生產(chǎn)的C8051F MCU教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)上面集成了各類傳感器、RS-485和RS232串行通訊口、步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)控制器以及RJ-45以太網(wǎng)測控接口，整個(gè)系統(tǒng)利用串行適配器與PC進(jìn)行連接。

在軟件設(shè)計(jì)中，主函數(shù)均以O(shè)SInit()函數(shù)開始,以O(shè)SStart()函數(shù)結(jié)束,中間部分為與硬件相關(guān)的系統(tǒng)初始化函數(shù),以及建立任務(wù)的函數(shù)。對(duì)于應(yīng)用程序的任務(wù)的建立,必須依照uCOS II系統(tǒng)中建立任務(wù)的格式,根據(jù)自己的需求來確定任務(wù)的個(gè)數(shù),并且根據(jù)任務(wù)的重要程度和被調(diào)用的頻率來設(shè)置好優(yōu)先級(jí),創(chuàng)建好任務(wù)后,在主函數(shù)外面分別列出各個(gè)任務(wù)函數(shù),每個(gè)任務(wù)函數(shù)都是一個(gè)無限循環(huán)程序,在無限循環(huán)中調(diào)用實(shí)現(xiàn)某些功能的應(yīng)用程序函數(shù),然后按設(shè)計(jì)的需求設(shè)置掛起方式和掛起時(shí)間。中斷服務(wù)子程序最好用匯編語言編寫，并放入OS_CPU_A.ASM文件中。而C語言編寫的應(yīng)用程序則放在OS_CPU_C.C文件中，這些函數(shù)供主函數(shù)和任務(wù)調(diào)用。

軟件設(shè)計(jì)好后，就可以和硬件連接起來進(jìn)行調(diào)試了。

2 結(jié)語

uCOS II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，處理器嵌入操作系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)也成必然趨勢，并能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性。筆者已經(jīng)成功的將uCOS II系統(tǒng)移植到C8051F060單片機(jī)上，并成功運(yùn)用到多功能電子萬年歷的設(shè)計(jì)中，使得萬年歷系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，取得了預(yù)期效果。