基于單片機的嵌入式實時os平臺的研究與實現畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 代碼組成，主要是與處理器相關的代碼、與應用程序有關的代碼、與移植相關的代碼，如圖 ： 15 圖 μ C/OSⅡ源文件結構 與處理器無關代碼 與處理器無關的代碼主要是 、 、 、 、 、 、 、 、 、 。這些代碼大致分為一下幾個部分：內核結構部分、任務管理部分、時間控制塊、時間管理部分、信號管理部分、信號量管理、互斥信號量管理、時間標志組管理、消息郵箱管理以及消息隊列管理。 與應用相關代碼 與應用相關的代碼主要是兩個文件 :、 。 ① 文件主要功能是實現操作系統的裁剪功能。包含了許多 μ C/OSⅡ的初始化配置選項。在 μ C/OSⅡ中每個函數只有當通過文件 “置 1”，才刻意使用該函數，該函數是否使用是通過條件編譯實現的。 16 ② 文件是一個主頭文件，它出現在每個 .C 文件的第一行。使用 的好處是所有的 .C 文件都只包含一個頭文件，程序簡潔，可讀性強。缺點是 .C 文件可能會包含一些它并不需要的頭文件，額外的增加 編譯時間。用戶刻意改寫 文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。 與處理器相關代碼 這是移植中最關鍵的部分，內核將應用系統和底層硬件有機的結合成一個實時系統，要使同一個內核能適用于不同的硬件體系，就需要在內核和硬件之間有一個中間層，這就是與處理器相關的代碼。處理器不同，這部分代碼也不同。與處理器相關的代碼是 、 。 ① 包括了用 defines 定義的與處理器相關的常量，宏和 類型定義。因為不同的處理器有不同的字長，所以 μ C/OSⅡ的移植包括了一系列的類型定義以確保其可移植性。 ② 文件中共定義了 10個函數在該文件中。但是最重要的是 OSTaskStkInit()。其他 9個函數必須聲明，但都是對系統內核的擴展時用的。 OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時被函數OSTaskCreate()和 OSTaskCreateExt()調用，是系統內部自己調用的，用來對用戶任務的堆棧進行初始化，并使用建立好的進入就緒態任務的堆棧 與系統發生中斷并且將環境變量保存完畢時的棧結構一致。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務運行起來。 ③ 文 件里 包含了 4 個簡單 的匯 編函數 。 17 OSStartHighRdy() 、 OSCtxSw() 、 OSIntCtxSw() 、 OSTickISR() 。OSStartHighRdy()函數在多任務系統啟動函數 OSStart()中調用。OSCtxSw()函數實在任務級切換函數中調用的。 OSIntCtxSw()在退出中斷服務函數 OSIntExit()中調用，實現中斷級任務切 換。 OSTickISR()系統時鐘節拍中斷服務函數，這是一個周期性中斷，為內核提供時鐘節拍，頻率越高系統負荷越重。 與移植相關代碼的修改 的修改 修改后的 ： /******* 文件名： ********/ ifndef __OS_CPU_H define __OS_CPU_H ifdef OS_CPU_GLOBALS define OS_CPU_EXT else define OS_CPU_EXT extern endif /******* 數據類型 *********/ /******* (編譯器相關 ) **********/ typedef unsigned char BOOLEAN。 typedef unsigned char INT8U。 18 typedef signed char INT8S。 typedef unsigned int INT16U。 typedef signed int INT16S。 typedef unsigned long INT32U。 typedef signed long INT32S。 typedef float FP32。 typedef double FP64。 typedef unsigned char OS_STK。 typedef unsigned char OS_CPU_SR。 /********* 處理器相關代碼 ***********/ define OS_CRITICAL_METHOD 1 if OS_CRITICAL_METHOD == 1 define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0 define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1 endif define OS_STK_GROWTH 0 define OS_TASK_SW() OSCtxSw() define OS_ISR_PROTO_EXT 1 void OSCtxSw(void)。 19 void InitHardware(void) reentrant。 /*********************************************/ endif 首先，文件先定義了整型數據類型。舉例來說， INT16U 數據類型總是代表 16位的無符號整型數。為了方便起見，雖然 μ C/OSⅡ中并不使用浮點數，但還是定義了浮點數據類型 。同時，將任務堆棧的寬度定義為 8 位。 其次， OS_CRITICAL_METHOD 的值意味著 OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()兩個宏調用的實現方法。在此 中，將 OS_CRITICAL_METHOD 的值宏定義為 1，即 OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()兩個宏調用的實現方法為最簡單的方法：調用相應處理器指令關中斷和開中斷（ EA=0 和 EA=1)。 最后，文件還通過宏定義指定了 OS_STK_GROWTH 的值為 0。這表明堆棧 從下（低地址）往上（高地址）遞增。而聲明函數 OSCtxSw()，是用子程序調用來代替中斷調用；聲明 InitHardware()，該函數用來實現初始化硬件時鐘中斷等系統初始化工作。 的修改 在 文件中，最重要的是 OSTaskStkInit()函數，OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時被函數 OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()調用，是系統內部自己調用的，用來對用戶任務的堆棧進行初始化，并使用建立好的進入就緒態任務的堆棧與系 統發生中斷并且將環境變量保存完畢時的棧結構一致。這樣就可以用中斷 20 返回指令使就緒的任務運行起來。其代碼如下： OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd) reentrant, void *ppdata, OS_STK *ptos, INT16U opt) reentrant { OS_STK *stk。 ppdata = ppdata。 opt = opt。 stk = ptos。 //用戶堆棧最低有效地址 *stk++ = 15。 //用戶堆棧長度 *stk++ = (INT16U)task amp。 0xFF。 //任務地址低 8位 *stk++ = (INT16U)task 8。 //任務地址高 8位 *stk++ = 0x0A。 //ACC *stk++ = 0x0B。 //B *stk++ = 0x00。 //DPH *stk++ = 0x00。 //DPL *stk++ = 0x00。 //PSW *stk++ = 0x00。 //R0 *stk++ = (INT16U)ppdata amp。 0xFF。 //R1 *stk++ = (INT16U)ppdata 8。 //R2 *stk++ = 0x01。 //R3 *stk++ = 0x04。 //R4 *stk++ = 0x05。 //R5 21 *stk++ = 0x06。 //R6 *stk++ = 0x07。 //R7 *stk++ = (INT16U) (ptos+MaxStkSize) 8。 *stk++ = (INT16U) (ptos+MaxStkSize) amp。 0xFF。 return ((void *)ptos)。 } 的修改 移植工作的難點是在 文件上，這里用戶需要編寫4 個匯編語言函數： OSStartHighRdy()、 OSCtxSw()、 OSIntCtxSw()和 OSTickISR()。其中， OSTickISR()在 中已經用 C 語言實現，即用定時器中斷處理了程序來代替它。因此，只需要寫 3 個匯編語言函數。 部分代碼如下 : EXTRN DATA (?C_XBP) EXTRN IDATA (OSTCBCur) EXTRN IDATA (OSTCBHighRdy) EXTRN IDATA (OSRunning) EXTRN IDATA (OSPrioCur) EXTRN IDATA (OSPrioHighRdy) EXTRN CODE (_?OSTaskSwHook) EXTRN CODE (_?OSIntEnter) EXTRN CODE (_?OSIntExit) EXTRN CODE (_?OSTimeTick) 22 在 的首部，聲明了引用的全局變量和外部子程序。接著是 3 個匯編函數 OSStartHighRdy()、 OSCtxSw()、 OSIntCtxSw(): ① 調用運行優先級最高的就緒任務 函數 OSStartHighRdy()。 該函數是在操作系統初始化并建立了至少一個任務之后被調用的，它首先找到當前就緒的最高優先級任務，并從該任務控制塊OS_TCB中取出堆棧指針，然后從堆棧中彈出全部寄存器 ,并 RET返回。 ② 任務切換函數 OSCtxSw()。 該函數是由于執行進入任務切換宏 OS_TASK_SW 而進入的，它是一個任務級的切換函數，它的主要任務是保存當前任務的 CPU現場并恢復最高優先級任務的 CPU 現場。 ③ 中斷任務切換函數 OSIntCtxSw()。 該函數的工作是在中斷處理程序退出時進行任務切換。OSIntCtxSw()的代碼大部分都與 OSCtxSw()相同，僅僅在以下兩點有所區別 :由于中斷已經發生，此處不需要再保存寄存器； OSIntCtxSw()需要調整堆棧指針，去掉堆棧中一些不需要的內容，以使堆棧中止包含任務的運行環境。 μ C/OSⅡ在 STC89C52 上的移植 Keil C51 編譯器簡介 大部分的 μ C/OSⅡ代碼是用 C 語言寫的。因此，移植 μ C/OSⅡ需要一個 C 編譯器，此處選擇 Keil C51 作為開發平臺。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的基于 80C51 內核的微處理器軟件開發平臺，內嵌多種符合當前工業標準的開發工具，可 23 以完成從工程的建立、管理、軟件編譯、鏈接，到目標代碼的生成、軟件方針和硬件方針等完整的開發流程。尤其 C編譯工具在產生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且刻意附加靈活的控制選項，在開發大型項目時非常理想。 原則上我們不用修改與處理器無關的代碼，但是由于 Keil C51編譯器的特殊性，這些代碼仍要多出改動。因為 Keil C51 在缺省情況下，編譯的代碼不可重入，而多任務系統要求并發操作導致重入，所以要在每個 C函數及其聲明后標注 reentrant 關鍵字。 本論文采用的是 Keil C51 V8 版本作為開發平臺。 移植測試程序 為了證明 μ C/OSⅡ能在 STC89C52上成功的移植，可以編寫一個測試程序來證明。本測試程序主要測試 μ C/OSⅡ內核在 STC89C52運行的正確性。測試程序對接在 I/O口的