嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ的移植

1、引言

　　嵌入式系統(tǒng)由于它具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點已經(jīng)使它在許多領(lǐng)域得到廣泛的應用[3]。從家里的洗衣機、電冰箱，到作為交通工具的自行車、小汽車，到辦公室里的遠程會議系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)通常由硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)構(gòu)成。在嵌入式操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理下實現(xiàn)對所有系統(tǒng)資源的合理利用和分配，達到提高系統(tǒng)性能和有效利用有限資源的目的。μCOS-Ⅱ作為一個源碼開放的嵌入式實時操作系統(tǒng)，同時具有良好的可移植性、可裁剪性、可剝奪性、穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)點，使其成為許多嵌入式操作系統(tǒng)的首選。本文將μCOS-Ⅱ在Freescale的8位處理器芯片HC9S08上移植實現(xiàn)。

2、μCOS-Ⅱ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　μCOS-Ⅱ是一個完整的可移植可固化可裁剪的搶占式實時多任務內(nèi)核?？梢栽诓恍枰龊艽笮薷牡幕A上方便的移植到多種處理器上。條件是：該處理器要具有一定數(shù)量的堆棧，能夠使用軟件中斷，產(chǎn)生定時器中斷，此外，編譯器要支持可重入代碼，并且要能使用匯編實現(xiàn)對處理器內(nèi)部寄存器的相關(guān)操作[2][4]。通過μCOS-Ⅱ的管理，使多個任務之間相互協(xié)調(diào)，分時的占用CPU，實現(xiàn)充分利用資源和實時等相應的功能。
任務通常是一個死循環(huán)，用來完成某一特定的功能；一個任務相當于一個線程。μCOS-Ⅱ可以管理多達64個任務，每個任務都具有一個唯一的合法優(yōu)先級。但是，優(yōu)先級最低的那個任務已經(jīng)被系統(tǒng)定義為空閑任務，用戶不能使用。用戶可以通過函數(shù)OSTaskCreate()來創(chuàng)建任務，通過OSTaskDel()來刪除任務。任務可能有以下五種狀態(tài)：睡眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、等待狀態(tài)、中斷服務態(tài)。利用不同的系統(tǒng)函數(shù)可以實現(xiàn)任務在各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。μCOS-Ⅱ通過對就緒表的操作總是選擇在就緒任務中優(yōu)先級最高的那個任務開始運行。任務級的調(diào)度是由函數(shù)OSSched()來完成的；而中斷級的調(diào)度是由OSIntExt()完成的。任務切換的過程分為兩步：將被掛起任務的處理器寄存器狀態(tài)保存在它的任務堆棧中；將將要執(zhí)行的任務堆棧中保存的寄存器值彈到處理器中，然后執(zhí)行中斷返回指令。這樣新的任務就擁有了CPU，開始執(zhí)行。直到它掛起，或者是被更高優(yōu)先級的任務中斷。μCOS-Ⅱ就是在對各種任務的切換之間起協(xié)調(diào)作用的協(xié)調(diào)者。

3、HC9S08的硬件結(jié)構(gòu)

　　每個HCS08 系列的MCU 都是由HCS08 核加上幾個存儲器以及外設模塊組成。HCS08 核主要包括：

　?、貶CS08 CPU
　　②背景調(diào)試控制器(BDC)
　?、壑С侄噙_32個中斷/復位源
　?、苄酒壍刂纷g碼

　　HCS08CPU包括和M68HC08相同的寄存器。其中包括一個8位累加器(A)，一個可分別存取高8位和低8位的16位變址寄存器(HX)，一個16位棧指針(SP)，一個16 位程序計數(shù)器(PC)和一個狀態(tài)碼寄存器(CCR)，該CCR 包含5個處理器狀態(tài)標志(V，H，N，Z 和C)和全局中斷屏蔽標志(I)。HCS08核定義的5個主要的存儲空間。

　　直接頁寄存器主要包括I/O 端口寄存器和大部分的外設控制和狀態(tài)寄存器；RAM區(qū)的地址緊接在直接頁寄存器地址的后面并且向高地址延伸，堆棧空間就落在RAM中。一般將堆棧的棧頂初始化在RAM的高地址部分。和大部分的處理器一樣，HCS08的堆棧增長方向是向下的。高地址頁寄存器位于$1800到$182B之間，由于這些寄存器比直接頁寄存器的使用頻率要少的多，所以它們沒有安排在珍貴的直接頁地址空間中；FLASH存儲器分配64K字節(jié)的存儲空間最終分配到地址$FFFF。這一塊的起始地址取決于MCU有多少FLASH存儲空間；向量區(qū)是FLASH區(qū)的一部分，位于$FFC0-$FFFF中，但是它是單獨解碼的，所以當中斷向量取出時別的HCS08模塊可以識別出來。