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MicroC/OS-II在80C196上的移植實現
摘 要：在嵌入式系統中使用實時操作系統，可以提高系統的穩定性、可靠性和實時性。MicroC/OS-II是一個完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務實時內核，并且開放源代碼，得到了廣泛應用。本文結合具體應用，介紹了MicroC/OS-II在80C196上移植實現過程和注意事項。
關鍵詞：實時操作系統 MicroC/OS-II 80C196 移植
在嵌入式系統開發中，很長時間以來，一直采用傳統的嵌入式系統軟件設計模式：無限循環＋中斷服務。該模式下，主程序為一個無限循環，單任務順序執行各個處理任務。在循環之外，設計一個或多個中斷服務函數，用于處理異步事件。在相對簡單的應用中，這種模式，完全可以勝任。而對于實時性要求較高、處理任務較多的應用，就會暴露出實時性差的缺點，甚至不能夠達到應用的要求，系統可靠性低，穩定性差。引入實時操作系統，可以較好解決這個問題。
MicroC/OS-II是一個完整的，可移植、可固化、可剪裁的搶占式多任務實時內核，并且開放源代碼，在嵌入式系統中得到了廣泛應用。為了實現老系統功能升級，達到了不改變硬件設計，增加系統功能、提高系統性能的目的，從而采用該實時操作系統。本文介紹了將其移植應用于80C196的具體實現和注意事項。
所謂移植，就是使一個實時內核能夠在其他微處理器或微控制器上運行。移植要做的是，修改或編寫與處理器硬件相關的代碼。由于80C196系統的資源有限，除了代碼移植，還要根據具體應用，對MicroC/OS-II進行裁剪，以達到系統的設計要求。
1. MicroC/OS-II簡介
MicroC/OS-II的系統結構見圖1。
MicroC/OS-II最主要的特點之一是源代碼開放，有利于用戶根據具體應用對操作系統進行充分的裁減。這也使得其可移植性非常的強。
MicroC/OS-II是為嵌入式應用專門設計的，完全可與應用軟件融合在一起，進行編譯、連接，進而作為產品的一部分發布。
MicroC/OS-II是完全可剝奪型的實時內核，總是運行就緒任務中最高優先級的任務，即準備就緒的高優先級任務可以剝奪正在運行的低優先級任務的CPU使用權。
2. 移植的基本思路
2.1 編譯器
采用TASKING公司的C196編譯器，可以方便的嵌入匯編語言，因此該移植所有的函數都在OS_CPU_C.C中實現，沒有OS_CPU_A.ASM文件。能夠采用C語言編碼的，盡量采用C語言編碼；不能采用C代碼的，采用嵌入匯編的方式。以此降低代碼的分散度，提高代碼的可讀性。
2.2 代碼移植
代碼移植，需要修改或編寫與處理器硬件相關的代碼。包括與處理器相關的數據類型定義，函數定義，存儲器操作等。其中的主要任務有：
1） 重新編輯INCLUDES.H文件，增加與應用相關的頭文件；改寫OS_CPU.H文件；
2） 改寫OS_CFG.H文件；編寫OS_CPU_C.C；
3） 優化代碼效率。
2.3 存儲資源
由于80C196系統的物理資源十分有限，需要對系統內核進行充分的裁剪。
片內可用內存為220個字節，在系統中外部擴展3584（3.5K）個字節。為了提高系統速度，操作系統盡量使用片內存儲區。系統應用中經常使用的變量，也需要分配在片內存儲區。
為了節約存儲資源采取以下措施：
1） 裁剪不使用的功能模塊和其使用相應變量。
2） 根據應用的需要裁剪所需資源的規模。例如，在應用中實際使用任務為6個，所以將OSRdyTbl由一個數組，更改為一個8位變量，并去掉OSRdyGrp，因為其永遠是0。
3） 修改OS_InitTaskIdle內容，將OS_TaskIdle任務換為應用的最低優先級的任務。
4） 裁剪OS_TCB的內容。例如，永遠不會使用的變量OSTCBY和OSTCBBitY。
5） 裁剪中斷嵌套的相關內容。
2.4 時間資源
MicroC/OS-II推薦的時鐘節拍為10～200ms，而本系統的實際時鐘節拍為250μs，這樣系統額外開銷必然大幅度增加，系統時間資源十分緊張。
為了節約時間資源采取以下措施：
1） 棄用OSTimeDly函數，直接操作任務定時器，調用OS_Sched函數。
2） 棄用OSIntExit和OSIntCtxSw函數，將其源代碼直接加入軟件定時器中斷服務函數。
3） 降低其他中斷服務函數的代碼長度，且不進行任務切換，降低系統時鐘的誤差。
4） 根據編譯得到的匯編代碼，對部分C語言代碼進行優化。
3. 移植實現
3.1 任務分配
一個任務，也稱為一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU完全屬于自己。每個任務有獨立的堆棧空間和優先級。
根據每個任務的內容可以在相應位置，使任務就緒。而任務就緒和任務切換可以分開。例如，在接收中斷中，使可以CAN通信任務就緒，但可以不進行任務切換，而在系統時鐘函數中進行任務切換。系統總是讓處于就緒態的、優先級最高的任務先運行。
3.2 時鐘節拍
時鐘節拍是特定的周期性中斷，根據應用系統的需要，時鐘節拍的周期為250μs，采用軟件定時器實現。在該服務函數中實現任務切換，為了節省時間和存儲資源，不進行函數調用。
軟件定時器中斷服務函數實現代碼如下：
void OSTickISR(void)
{
… …// 重置軟件定時器
OS250usCount++; // 計數器加1
if((OS250usCount&0x03)==0) {
… …
OS1msCount++; // 1ms定時器
OS50msDly++; // 50ms定時器
OSRdyTbl |= 0x20; // 1ms定時到，就緒TaskChk任務
… … }
// OSIntExit() 中斷退出任務切換
OSPrioHighRdy = OSUnMapTbl[OSRdyTbl]; // 取得最高優先級就緒任務的優先級
if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur)// 判斷當前任務優先級是否與最高優先級就緒任務的優先級相同
{
// OSIntCtxSw();
OSTCBCur->OSTCBStkPtr = psp; // 存儲被中斷任務的堆棧指針
OSTCBCur = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; // 取得最高優先級就緒任務的TCB
OSPrioCur = OSPrioHighRdy; // 設當前任務優先級為最高優先級就緒任務的優先級
psp = OSTCBCur->OSTCBStkPtr; // 取得堆棧指針
asm{ // 現場恢復
pop dx; pop cx; pop bx; pop ax; popa;
ret; // 切換到最高優先級就緒任務，必須要有的
}
}
}
3.3 中斷
由于中斷的存在，任何代碼在任何時候，都有可能被中斷。而有些代碼是不可分割的，如果被中斷將會產生不可預料的后果。因此定義臨界段，以處理不可分割的代碼。一旦該部分代碼開始執行，不允許任何中斷插入。為了確保臨界段代碼的執行不被中斷，在進入臨階段之前，必須關中斷，臨界段代碼執行結束，開中斷。