μC/OS2Ⅱ在軍用FM80386EX處理器上的移植應用

μC/OS-Ⅱ是實時操作系統(RTOS),已經通過了非常嚴格的測試,得到了美國航空管理局(FederalAviationAdministration)的認證.μC/OS-Ⅱ功能強大,支持56個用戶任務,其內核為占先式,支持信號量、郵箱、消息隊列等多種常用的進程通信機制,現已成功應用到眾多商業嵌入式系統中,是1種成熟穩定的實時內核.與大多商用RTOS不同的是,μC/OS-Ⅱ公開所有的源代碼,90%的代碼使用標準的ANSIC語言書寫,程序可讀性強,移植性好.同時,它可以免費獲得,即使商業應用也只收取少量的許可費用.因此,對μC/OS-Ⅱ實時操作系統的學習研究、開發、應用具有重要的意義.

　　軍用FM80386EX嵌入式處理器是1種高度集成,32位總線結構,專為惡劣環境下的嵌入式控制應用優化設計的全靜態CPU.它采用16位外部數據總線,26位地址總線及Intel系統管理模式(SMM),能在廉價的16位硬件系統中運行32位程序,可將基于Intel386架構的大量軟件應用于嵌入式系統.為了有效地管理多任務,以及滿足系統的實時性要求,常常需要使用實時嵌入式操作系統.

　　要移植μC/OS-Ⅱ,處理器必須滿足以下要求:處理器的C編譯器能產生可重入代碼;用C語言可以打開和關閉中斷;處理器支持中斷,并且能產生定時中斷;處理器能容納一定數量的硬件堆棧;處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出、存儲到堆棧或內存中的指令.FM80386EX滿足以上條件,可以進行μC/OS-Ⅱ的移植.

　　μC/OS-Ⅱ實時操作系統結構

　　應用程序處于整個系統的頂層,每個任務都可以認為自己獨占了CPU,因此任務被設計成了1個無限循環.而μC/OS-Ⅱ與處理器無關的代碼提供了該實時系統的系統服務,應用程序利用這些API函數進行內存管理,任務間的通信以及創建、刪除任務等.μC/OS-Ⅱ的代碼大部分是使用ANSIC書寫,與微處理器硬件相關的部分使用匯編語言編寫,并且匯編語言編寫的部分已經壓倒最低限度,因此μC/OS-Ⅱ的可移植性好.而處理器80386具有堆棧指針、CPU內部寄存器入棧、出棧指令.所使用的C編譯器BorlandC3.1支持內嵌匯編,使得關中斷和開中斷能在C語言程序中實現.

　　實時內核μC/OS-Ⅱ在FM80386EX上的移植

　　我們使用BorlandC3.1編譯器移植μC/OS-Ⅱ主要包括以下幾個步驟:

　　編寫OS-CPU.A.ASM

　　這里要實現4個匯編函數改寫:多任務啟動函數中調用OSOSTartHighRdy(),任務切換函數OSCtxSw(),中斷任務切換函數OSIntCtrSw(),時鐘節拍服務函數OSTickISR().

　　1) OSStartHighRdy()函數.該函數被OSStart()函數調用,功能是運行優先級最高的就緒任務,其主要代碼如下:

2) OSCtxSW()函數.該函數被OS-Sched()函數調用,通常是用匯編語言編寫的,因為C編譯器不能從C語言中

直接處理CPU寄存器.OSCtxSW()的功能是在任務級實現任務切換,任務切換是模擬軟中斷來實現的,其主要代碼如下:

圖1任務級任務切換時的堆棧結構

　　3) OSIntCtxSw( )函數.該函數只能在中斷子程序里被OSIntExit()函數調用.由于中斷的產生可能引起任務切換,在中斷服務程序的最后會調用OSIntExit()函數來檢查任務就緒狀態,如果滿足任務切換條件,則OSIntExit()調用此函數實現任務切換,除了不應調用任務切換函數OS-TASK-SW()外,其余代碼與-OSCtxSw相同.

　　4) OSTickISR( )函數.發生中斷時,CPU的中斷向量會指向該ISR.其主要代碼如下:

一般情況下,產生調用OSTickISR()函數時,時鐘節拍的設備應設置成每隔10～100ms產生1次中斷.必須在多任務系統啟動以后,也就是在調用OSStart()之后,再開啟時鐘節拍器.

　　用C語言編寫6個操作系統相關的函數

后5個函數是鉤子函數,可以不加代碼:

設置OS-CPU.H中與處理器和編譯器相關的代碼

　　80386處理器的堆棧從內存高地址向低地址遞減,所以把OS-STK-GROWTH置1.

完成上述工作后,μC/OS-Ⅱ就可以運行在80386處理器上了.另外根據用戶需求按需配置OS-CFG.H,裁減μC/OS-Ⅱ,使之占用盡量少的內存.