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MicroC/OS-II在80C196上的移植实现

发布时间:2017-10-30编辑:毕业论文

摘要:在嵌入式系统中使用实时操作系统,可以提高系统的稳定性、可靠性和实时性。MicroC/OS-II是一个完整的,可移植、可固化、可剪裁的抢占式多任务实时内核,并且开放源代码,得到了广泛应用。本文结合具体应用,介绍了MicroC/OS-II在80C196上移植实现过程和注意事项。 关键词:实时操作系统MicroC/OS-II80C196移植 在嵌入式系统开发中,很长时间以来,一直采用传统的嵌入式系统软件设计模式:无限循环+中断服务。该模式下,主程序为一个无限循环,单任务顺序执行各个处理任务。在循环之外,设计一个或多个中断服务函数,用于处理异步事件。在相对简单的应用中,这种模式,完全可以胜任。而对于实时性要求较高、处理任务较多的应用,就会暴露出实时性差的缺点,甚至不能够达到应用的要求,系统可靠性低,稳定性差。引入实时操作系统,可以较好解决这个问题。

MicroC/OS-II是一个完整的,可移植、可固化、可剪裁的抢占式多任务实时内核,并且开放源代码,在嵌入式系统中得到了广泛应用。为了实现老系统功能升级,达到了不改变硬件设计,增加系统功能、提高系统性能的目的,从而采用该实时操作系统。本文介绍了将其移植应用于80C196的具体实现和注意事项。

所谓移植,就是使一个实时内核能够在其他微处理器或微控制器上运行。移植要做的是,修改或编写与处理器硬件相关的代码。由于80C196系统的资源有限,除了代码移植,还要根据具体应用,对MicroC/OS-II进行裁剪,以达到系统的设计要求。

1. MicroC/OS-II简介

MicroC/OS-II的系统结构见图1。

MicroC/OS-II最主要的特点之一是源代码开放,有利于用户根据具体应用对操作系统进行充分的裁减。这也使得其可移植性非常的强。

MicroC/OS-II是为嵌入式应用专门设计的,完全可与应用软件融合在一起,进行编译、连接,进而作为产品的一部分发布。

MicroC/OS-II是完全可剥夺型的实时内核,总是运行就绪任务中最高优先级的任务,即准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权。

2. 移植的基本思路

2.1 编译器

采用TASKING公司的C196编译器,可以方便的嵌入汇编语言,因此该移植所有的函数都在OS_CPU_C.C中实现,没有OS_CPU_A.ASM文件。能够采用C语言编码的,尽量采用C语言编码;不能采用C代码的,采用嵌入汇编的方式。以此降低代码的分散度,提高代码的可读性。

2.2 代码移植

代码移植,需要修改或编写与处理器硬件相关的代码。包括与处理器相关的数据类型定义,函数定义,存储器操作等。其中的主要任务有:

1) 重新编辑INCLUDES.H文件,增加与应用相关的头文件;改写OS_CPU.H文件;

2) 改写OS_CFG.H文件;编写OS_CPU_C.C;

3) 优化代码效率。

2.3 存储资源

由于80C196系统的物理资源十分有限,需要对系统内核进行充分的裁剪。

片内可用内存为220个字节,在系统中外部扩展3584(3.5K)个字节。为了提高系统速度,操作系统尽量使用片内存储区。系统应用中经常使用的变量,也需要分配在片内存储区。

为了节约存储资源采取以下措施:

1) 裁剪不使用的功能模块和其使用相应变量。

2) 根据应用的需要裁剪所需资源的规模。例如,在应用中实际使用任务为6个,所以将OSRdyTbl由一个数组,更改为一个8位变量,并去掉OSRdyGrp,因为其永远是0。

3) 修改OS_InitTaskIdle内容,将OS_TaskIdle任务换为应用的最低优先级的任务。

4) 裁剪OS_TCB的内容。例如,永远不会使用的变量OSTCBY和OSTCBBitY。

5) 裁剪中断嵌套的相关内容。

2.4 时间资源

MicroC/OS-II推荐的时钟节拍为10~200ms,而本系统的实际时钟节拍为250μs,这样系统额外开销必然大幅度增加,系统时间资源十分紧张。

为了节约时间资源采取以下措施:

1) 弃用OSTimeDly函数,直接操作任务定时器,调用OS_Sched函数。

2) 弃用OSIntExit和OSIntCtxSw函数,将其源代码直接加入软件定时器中断服务函数。

3) 降低其他中断服务函数的代码长度,且不进行任务切换,降低系统时钟的误差。

4) 根据编译得到的汇编代码,对部分C语言代码进行优化。

3. 移植实现

3.1 任务分配

一个任务,也称为一个线程,是一个简单的程序,该程序可以认为CPU完全属于自己。每个任务有独立的堆栈空间和优先级。

根据每个任务的内容可以在相应位置,使任务就绪。而任务就绪和任务切换可以分开。例如,在接收中断中,使可以CAN通信任务就绪,但可以不进行任务切换,而在系统时钟函数中进行任务切换。系统总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。

3.2 时钟节拍

时钟节拍是特定的周期性中断,根据应用系统的需要,时钟节拍的周期为250μs,采用软件定时器实现。在该服务函数中实现任务切换,为了节省时间和存储资源,不进行函数调用。

软件定时器中断服务函数实现代码如下:

void OSTickISR(void)

{

… …// 重置软件定时器

OS250usCount++; // 计数器加1

if((OS250usCount&0x03)==0) {

… …

OS1msCount++; // 1ms定时器

OS50msDly++; // 50ms定时器

OSRdyTbl |= 0x20; // 1ms定时到,就绪TaskChk任务

… … }

// OSIntExit() 中断退出任务切换

OSPrioHighRdy = OSUnMapTbl[OSRdyTbl]; // 取得最高优先级就绪任务的优先级

if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur)// 判断当前任务优先级是否与最高优先级就绪任务的优先级相同

{

// OSIntCtxSw();

OSTCBCur->OSTCBStkPtr = psp; // 存储被中断任务的堆栈指针

OSTCBCur = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; // 取得最高优先级就绪任务的TCB

OSPrioCur = OSPrioHighRdy; // 设当前任务优先级为最高优先级就绪任务的优先级

psp = OSTCBCur->OSTCBStkPtr; // 取得堆栈指针

asm{ // 现场恢复

pop dx; pop cx; pop bx; pop ax; popa;

ret; // 切换到最高优先级就绪任务,必须要有的

}

}

}

3.3 中断

由于中断的存在,任何代码在任何时候,都有可能被中断。而有些代码是不可分割的,如果被中断将会产生不可预料的后果。因此定义临界段,以处理不可分割的代码。一旦该部分代码开始执行,不允许任何中断插入。为了确保临界段代码的执行不被中断,在进入临阶段之前,必须关中断,临界段代码执行结束,开中断。

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