μC/OS-Ⅱ在ATmega128上的移植Step by Step

本文詳細介紹了把μC/OS-Ⅱ移植到ATMEL公司的8位微控制器ATmega128上的全過程。所謂移植，就是使一個實時內核能在

某個微處理器或微控制器上運行。在移植之前，希望讀者能熟悉所用微處理器和C編譯器的特點。

1 ATmega128的內核特點

之所以要先介紹ATmega128 MCU內核特點，是因為在μC/OS-Ⅱ的移植過程中，仍需要用戶用C語言和匯編語言編寫一些與微

處理器相關的代碼。這里主要介紹ATmega128與μC/OS-Ⅱ移植相關的內核特點。如果讀者已經對ATmega128 比較了解了，

那就不必閱讀這一部分了。

1.1微控制器 (MCU)

ATmega128的MCU包括一個算術邏輯單元(ALU)，一個狀態寄存器(SREG)，一個通用工作寄存器組和一個堆棧指針。狀態

寄存器(SREG)的最高位I是全局中斷允許位。如果全局中斷允許位為零，則所有中斷都被禁止。當系統響應一個中斷后，I位將由硬件自動清“0”;當執行中斷返回(RETI)指令時，I位由硬件自動置“1” ，從而允許系統再次響應下一個中斷請求。

通用工作寄存器組是由32個8位的通用工作寄存器組成。其中R26～R31這6個寄存器還可以兩兩合并為3個16位的間接地址寄存器。這些寄存器可以用來對數據存儲空間進行間接尋址。這3個間接地址寄存器的名稱為：X寄存器、Y寄存器、Z寄存器。其中Z寄存器還能用作對程序存儲空間進行間接尋址的寄存器。有些AVR C語言編譯器還把Y寄存器作為軟件堆棧的堆棧指針，比如ICC- AVR，CodevisionAVR。

堆棧指針(SP)是一個指示堆棧頂部地址的16位寄存器。在ICCAVR中，它被用作指向硬件堆棧的堆棧指針。AVR單片

機上電復位后，SP指針的初始值為0x0000，由于AVR單片機的堆棧是向下生長的(從高地址向低地址生長)，所以系統程序

一開始必須對堆棧指針SP進行初始化，即將SP的值設為數據存儲空間的最高地址。ICCAVR編譯器在鏈接C程序文件的時 候，會自動在程序頭鏈入startup文件。startup文件里面的程序將會去做初始化SP指針的工作。鏈入startup文件是ICCAVR 這個編譯器的特點，在用其它編譯器的時候，希望讀者確認所使用的編譯器是否帶有自動初始化SP的功能，若沒有，應在 用戶程序中初始化SP。

1.2 數據存儲空間(僅內部)

AVR單片機的數據存儲器是線形的，從低地址到高地址依次是CPU寄存器區(32個通用寄存器)，I/O寄存器區，數據存儲區ICCAVR編譯器又將數據存儲區劃分為全局變量和字符串區，軟件堆棧區和硬件堆棧區三個空間。

高地址

硬件堆棧區

軟件堆棧區

全局變量和字符串區

I/O寄存器區

CPU寄存器區

低地址

ICCAVR編譯器將堆棧分成了兩個功能不同的堆棧來處理(這一點與8051系列的單片機編譯器處理方式不同)。硬件堆棧用于儲存子程序和中斷服務子程序調用時的函數返回地址。這塊數據區域由堆棧指針SP進行尋址，數據的進棧和出棧有專門的匯編指令(pop，push等)支持，所以叫做硬件堆棧區。軟件堆棧用于傳遞參數，儲存臨時變量和局部變量。這塊數據區域是用軟件模擬堆棧儲存數據的方式進行數據存儲，對該區域尋址的指針由用戶自己定義，所以叫做軟件堆棧區。AVR單片機的硬件堆棧的生長方向是向下的(從高地址向低地址生長)，所以軟件堆棧在定義的時候，也采取相同的 生長方向。

這里沒有用ATmega128而采用AVR單片機的提法是因為ATmega128屬于AVR系列單片機中的一種，而所有的AVR單片機的數據存儲器組織方式都是一致的。在創建μC/OS-Ⅱ的任務棧時，需要了解所用微處理器數據存儲空間尤其是堆棧空間的組 形式及相關的操作。讀者應參閱所用微處理器的資料和編譯器的幫助文檔，了解該部分知 識。

1.3 ATmega128的中斷響應機制

ATmega128有34個不同的中斷源，每個中斷源和系統復位在程序存儲空間都有一個獨立的中斷向量(中斷入口地址)。每個中斷源都有各自獨立的中斷允許控制位，當某個中斷源的中斷允許控制位為“1”且全局中斷允許位I也為“1”時，系統才響應該中斷。

當系統響應一個中斷請求后，會自動將全局中斷允許位I清零，此時，后續中斷響應被屏蔽。當系統執行中斷返回指令RETI時，會將全局中斷允許位I置“1”，以允許響應下一個中斷。若用戶想實現中斷嵌套，必須在中斷服務子程序中將全局中斷允許位I置“1”。(這一點與8051系列的單片機不同)中斷向量表中，處于低地址的中斷具有高的優先級。優先級高只是表明在多個中斷同時發生的時候，系統先響應優 先級高的中斷，并不含有高優先級的中斷能打斷低優先級的中斷處理工程的意思。這與8051系列單片機的中斷優先級概念

不同。

由于μC/OS-Ⅱ的任務切換實際上是模擬一次中斷，因此需要知道CPU的中斷響應機制。中斷發生時,ATmega128按以下

步驟順序執行：

A. 全局中斷允許位I清零。

B. 將指向下一條指令的PC值壓入堆棧，同時堆棧指針SP減2。

C. 選擇最高優先級的中斷向量裝入PC，程序從此地址繼續執行中斷處理。

D. 當執行中斷處理時，中斷源的中斷允許控制位清零。

中斷結束后，執行RETI指令，此時

A. 全局中斷允許位I置“1”。

B. PC從堆棧推出，程序從被中斷的地方繼續執行。

特別要注意的是：AVR單片機在響應中斷及從中斷返回時，并不會對狀態寄存器SREG和通用寄存器自動進行保存和恢復操作，因此，對狀態寄存器SREG和通用寄存器的中斷保護工作必須由用戶來完成。

1.4 ATmega128的定時器中斷

ATmega128有三個定時器：T0,T1,T2;它們三者都有計數溢出中斷功能,而且T1和T2還有匹配比較中斷，即定時器計數到設定的值時，產生中斷并自動清零。若系統采用這種中斷方式，其好處是在中斷服務程序ISR中不需要重新裝載定時器的值。但本文出于通用性的考慮，仍采用定時器計數溢出中斷方式

2 μC/OS-Ⅱ的移植

2.1移植條件

要實現μC/OS-Ⅱ的移植，所用的處理器和編譯器必須滿足一定的條件：

(1) 所用的C編譯器能產生可重入代碼。

可重入代碼是指可以被一個以上的任務調用，而不必擔心其數據會被破壞的代碼。可重入代碼任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以重新運行，而相應的數據不會丟失，不可重入代碼則不行。本文所使用ImageCraft公司的ICCAVR V6.29編譯器能產生可重入代碼。