在MOTOROLA A68K系列MCU上移植μC/OS-II

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位通用數據寄存器，8個32位通用地址寄存器。8個通用數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堆棧指針，可區分程序區、數據區、系統區、用戶區等存儲空間，有7級中斷。

要實現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。我們為MC68K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*/
typedef signed char INT8S； /*帶符號8位數*/
typedef unsigned int INT16U； /*無符號16位數*/
typedef signed int INT16S； /*帶符號16位數*/
typedef signed long INT32S； /*帶符號32位數*/
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*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() move.w #$2000,SR /*退出臨界區*/

（1）數據類型

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據結構。由于 MC68K為32位MCU，整數（int）類型數據為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

μC/OS -II在進入系統臨界代碼區之間要關中斷，等到退出臨界區后再打開，從而保護核心數據不被多任務環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寄存器SR中的中斷屏蔽位來實現。μC/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL（）定義將狀態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，將在第4節中闡明。

（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（）函數的定義

在μC/OS -II中，OS_TASK_SW（）用來實現任務切換。就緒任務的堆棧初始化應該模擬一次中斷發生后的樣子，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：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

（1）OSStartHighRdy()函數

該函數由OSStart()函數調用，功能是運行優先級最高的就緒態任務。在調用OSStart() 之前，用戶必須先調用OSInit()，并且已經至少創建了一個任務。為啟動任務，OSStartHighRdy（）首先找到當前就緒的優先級最高的任務，OSTCBHighRdy中保存有優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。由于任務創建時堆棧的結構就是按中斷捕撈堆棧結構初始化的，執行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

OSCtxSw( )是一個任務級的任務切換函數（在任務中調用，區別于在中斷程序中調用的OSIntCtxSw()，在MC68K系統上，通過執行一條軟中斷指令來實現任務切換。軟中斷向量指向函數，而該函數的執行結構可能造成系統任務重新調度（例如，試圖喚醒一個優先級更高的任務），則在函數的末尾會調用OSSched ()，OSSched()將查找當前就緒的優先級最高的任務。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

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()函數檢查任務就緒狀態。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。由于在調用OSIntCtxSw()之前已經發生了中斷， 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境。
_OSIntCtxSw
ADDA #10，A7 ；忽略掉由于函數嵌套調
；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