原创 ucosII在51内核单片机上的移植

自嵌入式系统开发以来，很长时间都采用前后台系统软件设计模式：主程序为一个无限循环，单任务顺序执行。通过设置一个或多个中断来处理异步事件。

　　这种系统对于简单的应用是可以的，但对于实时性要求比较高的、处理任务较多的应用，就会暴露出实时性差、系统可靠性低、稳定性差等缺点。

　　μC/OS-II 是一种基于优先级的抢占式多 任务实时操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步（信号量，邮箱，消息队列）和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。而且它内核源代码公开，可移植性强，为编程人员提供了很好的一个软件平台。通过μC/OS-II在VRS51 上的移植，可以掌握移植和测试μC/OS-II 的实质内容，很容易将其移植到其它的CPU平台上。

　　μC/OS-II 介绍

　　μC /OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核。μC/OS-II绝大部分的代码是用ANSI的C语言编写的，包含一小部分汇编代码，使之可供不同架构的微处理器使用。至今，从8位到6 4位，μC/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。μC/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用，包括很 多领域， 如手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制 上。实际上，μC/OS-II已经通过了非常严格的测试，并且得到了美国航空管 理局（Federal Aviation Administration）的认证，可以用在飞行器上。这说明μC/OS-II是稳定可靠的，可用于与人性命攸关的安全紧要（safety critical）系统。除此以外，μC/OS-II 的鲜明特点就是源码公开，便于移植和维护。

　　μC/OS-II 内核结构

　　多任务系统中，内核负责管理各个任务 ，或者说为每个任务分配CPU 时间 ，并且负责任务之间的通讯。内核提供的基本服务是任务切换。 μC/OS-II可以管理多达64个任务。由于它的作者占用和保留了8个任务，所以留给用户应用程序最多可有56个任务。赋予各个任务的优先级必须是不相同的。这意味着μC/OS-II不支持时间片轮转调度法 （round-robin scheduli ng）。μC/OS-II为每个任务设置独立的 堆栈空间，可以快速实现任务切换。μC/OS-II近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态，为了保证这一点，它在调用系统API 函数、中断结束、定时中断结束时总是执行调度算法，μC/OS-II通过事先计算好数据简化了运算量，通过精心设计就绪表结构使得延时可预知。

　　μC/OS-II 的移植

　　移植就是使μC/OS-II能在VRS51上运行。为了方便移植，大部分的μC/OS-II的代码是用C语言编写的；但是仍需要用C语言和汇编语言编写一些处理器硬件相关的代码，这是因为μC/OS-II在读/写处理器寄存器时，只能通过汇编语言来实现。由于μC/OS-II在设计时就已经充分考虑了可移植性，所以μC/OS-II的移植相对来说是比较容易的。

　　硬件平台构成

　　由于VRS51是一款80C51微控制器，片内包含了64KB的FLASH程序存储器，并且支持串行在线编程（ISP）。使它在ROM 空间上很适合做μC/OS-II的移植。

　　编译器的选择

　　由于μC/OS-II绝大部分代码是用标准的C语言编写的，所以C语言开发工具对于μC/OS-II是必不可少的。由于μC/OS-II是一个可剥夺行的占先式内核，所以要求C编译器可以产生可重入型代码。笔者选择Keil C51集成开发环境作为开发工具。该开发工具有C编译器，汇编器和链接定位器等工具构成。链接器用来将不同模块（编译过或汇编过的文件）链接成目标文件，定位器则允许将代码和数据放置在目标处理器的指定内存中。Keil C51 还可以生成HEX格式的编程文件用于编程EPROM或是FLASH，同时可以实现完整软件仿真支持。Keil C51支持所有8051变种的微控制器。通过设置编译控制选项，它完全可以满足编译μC/OS-II源代码的要求。

　　可重入函数问题

　　可重入函数可以被一个以上的任务调用，而不必担心数据被破坏。可重入函数任何时候都可以被中断，一段时间后又可以继续运行，而相应的数据不会丢失。由于μC/OS-II是抢占式的实时多任务内核，同一个函数可能会被不同的任务调用，也可能会被中断，因此，移植μC/OS-II要求C语言编译器可以产生可重入函数。但是正常情况下Keil C51编译器中的函数不能重入。原因是由于8051系列微控制器的硬件堆栈很小，硬件堆栈指针SP最多只能在内部256字节的RAM内移动，不能够指向64K的外部RA M空间。所以编译器使用固定的RAM地址来存储函数的参数和局部变量，而不是使用堆栈来存储。为了在Keil C51中实现可重入函数，可以使用“reentrant”关键字声明该函数是可重入的。编译器可根据编译模式为可重入函数在内部RAM或外部RAM空间开辟一个模拟堆栈来存储可重入函数的参数和局部变量。可重入函数的返回地址仍然保存在硬件堆栈中。Cx51编译手册不推荐使用模拟堆栈，原因是受8051寻址方式的限制，模拟堆栈访问的效率很低。但是这是在Keil C51中实现可重入函数的唯一方法。可重入函数模拟堆栈拥有独立于硬件堆栈指针的模拟堆栈指针。模拟堆栈及其指针在启动代码文件 “STARTUP.A51”中定义和初始化。

　　μC/OS-II源文件移植

　　在了解了P89V51RD2微处理器和Keil C51 编译器的技术细节的基础上，就可以开始μC/OS-II源文件移植的工作了。真正编写移植代码的工作就相对比较简单了。图1表示了基于μC/OS-II的应用的系统结构结构。由图1可以看出由于μC/OS-II自生的绝大部分代码是使用ANSI C编写的，而且代码的层次结构十分干净，与平台相关的移植代码仅仅存在于OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及OS_CPU.H这三个文件当中。

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