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1、精品论文uC/OS-II 在单片 STC89 系列单片机上的移植实现刘伟伟，魏同宇，孙卫兵 中国矿业大学（徐州）信电学院，江苏徐州（221008） E-mail: 摘要：嵌入式操作系统应用广泛，其中的 uC/OS-II 嵌入式实时操作系统以高可靠性、稳定性和实时性占有着一定的嵌入式系统市场。本文首先介绍了 uC/OS-II 和 STC89 系列单片 机的特点，并对 keil C51 编译器环境下的特殊问题进行了阐述；其次，叙述了 uC/OS-II 嵌入式实时操作系统移植的全过程。最后，建立了两个任务，并在 keil C51 的小模式下将其移植到单片 STC89 系列单片机上。 关键词：uC/O
2、S-II；STC89；移植1.引言嵌入式操作系统近年来备受人们的关注，其开发出来的产品（小到 mp3、手机等数字化 产品，大到电冰箱，洗衣机，汽车等电子设备）应用到生活的各个角落。uC/OS-II 作为嵌 入式操作系统的一种，它以高可靠性、稳定性和实时性占有着一定的嵌入式系统市场。由于 其结构简洁，可剪裁，移植性强，源代码开放，故非常适合初次接触嵌入式实时操作系统的 人员进行学习。STC89 系列单片机加密性强，低功耗，超低价，高速，高可靠，强抗静电， 强抗干扰等特点，占有 51 系列单片机一定的市场。因此，本文将通过详细介绍 uC/OS-II 在 STC89C58RD+单片机的移植过程，帮助
3、初学者更快地进入嵌入式的学习。2.uC/OS-II 和 STC89C58RD+的特点uC/OS-II 实时操作系统使用可剥夺型内核，CPU 总是运行多个任务中优先级别最高的 任务，使得任务级响应时间得以最优化。它提供如信号量、消息邮箱和消息队列以及动态分 配和释放内存的功能。其函数的调用和服务的执行时间是可以确定的。uC/OS-II 可管理 64 个任务，其中 4 个最高优先级和 4 个最低优先级任务供自身使用，其余 56 个任务供用户使 用。源代码的可剪裁性使得用户可根据自己的需求将不用的功能裁剪掉。STC89C58 RD+是 8 位单片机，工作时钟频率在 080MHz，四个 8 位并行端口
4、，内置看 门狗，3 个定时器/计数器，双数据指针，8 个中断源，四级中断，ISP 技术写入程序。Flash 程序存储器容量为 32K，RAM 数据存储器 1280 字节，8K 的 E2PROM。超强抗干扰：1.高抗静电（ESD 保护）；2.轻松过 2KV/4KV 快速脉冲干扰（EFT 测试）；3.宽电压，不怕电源抖动；4.宽温度范围，-40C85C。 超低功耗：1.掉电模式：0.1；2.正常工作模式 4mA-7mA；3.掉电模式可由外部中断唤醒1。3.移植过程要将 uC/OS-II 进行移植，首先处理器需满足：处理器的 C 编译器能产生可重入代码； 用 C 语言就可以打开和关闭中断；处理器支持
5、中断，并且能产生定时中断(通常在 10 至 100Hz 之间)；处理器支持能够容纳一定量数据(可能是几千字节)的硬件堆栈；处理器有将堆栈指针 和其它 CPU 寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令2。uC/OS-II 内核分为与处理器无关的代码、与处理器相关的代码和应用相关的代码三部 分。移植过程主要放在与处理器相关的代码上：OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM。- 1 -由于本次移植是在 keil C51 小模式（小模式下运行速度比大模式运行速度快很多，有利于提高系统的工作速度，适用于较小的程序）下进行，将不用的功能剪裁掉，因此修改 OS_CFG.H和 STARTU
6、P.ASM 也是其关键部分。3.1 函数参数的修改keil C51 编译器默认情况下代码不可重入，而在多任务操作系统环境中，各个任务并发 运行导致重入，所以要在所有的 C 函数及其声明后面加上 reentrant，例如：voidXXXreentrant/其中 XXX 为函数名uC/OS-II 系统中用作形参的“pdata”和“data”，在 keil C51 中是关键字，编译时会出现错 误。因此，可将 uC/OS-II 系统中的“pdata”，“data”修改成“ppdata”，“ddata”。 keil C51 尽量 使用指定存储类型的指针(memory_specific pointer)不
7、使用一般指针(generic pointer)，外部变 量声明为 xdata 类型，指向外部变量的指针改为 xdata 数据类型的指针，指向函数的指针改 为 code 数据类型的指针。3.2 OS_CPU.H 的修改中断设置。STC 单片机中 EA 为中断允许总控位，EA=0 表示关所有中断，EA=1 表示 开所有中断。因此，此处定义：#defineOS_ENTER_CRITICAL( )EA = 0#defineOS_EXIT_CRITICAL( )EA = 1堆栈生长方向的设置。微处理器和微控制器的堆栈生长方向有两种，OS_STK_GROWTH 为 0 表示堆栈从下往上长，OS_STK_G
8、ROWTH 为 1 表示堆栈从上往下长。STC 单片机堆栈 是从下往上增长，故定义：#defineOS_STK_GROWTH0由于 STC 系列单片机没有软中断，定义：#defineOS_TASK_SW()OSCtxSw( )实践表明，用子程序调用入栈，用中断返回指令 RETI 出栈是没有问题的。在没有中断 发生的情况下复位中断系统也不会影响系统正常运行3。堆栈长度的定义。本次移植重在掌握移植过程，所建任务非常简短，若堆栈长度设置过 大，必会导致单片 STC89C58 RD+SRAM 空间的浪费和不足，此处设置：#define CPU_MAX_STK_SIZE0x5A3.3 OS_CPU_C.
9、C 的修改此文件中包含六个 C 函数：OSTaskStkInit( )，OSTaskCreateHook( )，OSTaskDelHook( )， OSTaskSwHook( )，OSTaskStatHook( )，OSTimeTickHook( )。只需修改任务堆栈初始化函数 OSTaskStkInit( )，其它函数是对系统内核扩展时用的，必须声明但没必要包含代码。用户堆 栈初始化时从下向上依次保存：用户堆栈长度(15 字节)，PCL，PCH，PSW，ACC，B，DPL， DPH，R0，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7。不用保存 SP，任务切换时根据用户堆栈长度 计算得出。3.4
10、OS_CPU_A.ASM这里需要改写四个汇编语言函数：OSStartHighRdy( ) ，OSCtxSw( )，OSIntCtxSw( )，OSTickISR( )。- 4 -OSStartHighRdy( )功能为使就绪态任务中优先级最高的任务开始运行，即获取当前就绪的最高优先级任务的堆栈指针。OSCtxSw( )功能为完成任务级切换。先保存当前任务堆栈的内容，然后恢复最高优先级 任务的系统堆栈。OSIntCtxSw( )功能为完成中断级切换，该函数由 OSIntExit( )调用。在调用函数 OSIntCtxSw( )之前，已经保存了被终止运行程序相关寄存器的值到中断的任务堆栈中，此处
11、只需恢复待运行任务的系统堆栈。OSTickISR( )功能是为系统提供一个时钟源，实现时间的延迟和超时功能。3.5 OS_CFG.H此次移植是在单片 STC89C58RD+上进行，因此，将不使用的信号量、消息邮箱和消息 队列等函数的功能屏蔽掉，即：#defineXXXXX0/ 其中 XXXXX 表示不用的常量 将最大任务数定义为 2，满足本次移植的要求。即：#define OS_MAX_EVENTS2修改系统时钟节拍#define OS_TICKS_PER_SEC203.6 STARTUP.A51IDATALEN 修改。采用 small 模式编译，IDATALEN 默认值为 80H，根据 ST
12、C89C58RD+ SRAM 大小，将其设成：IDATALENEQU100HIBPSTACK、IBPSTACKTOP 设置。定义在 small 编译模式下创建的再入函数的模拟栈 区。IBPSTACK 变量设置成 1（默认值为 0）时才能创建模拟堆栈并对（变量？C_IBP）进 行初始化，可不做初始化4。IBPSTACKEQU1IBPSTACKTOPEQU0FFH+14.任务建立及移植实现建立简单的两个任务 Task1 和 Task2。代码如下： OS_STK xdata Task1StackCPU_MAX_STK_SIZE; OS_STK xdata Task2StackCPU_MAX_STK_
13、SIZE; void Task1(void xdata * ppdata) reentrantppdata = ppdata;while(1) P0=0x00;OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);void Task2(void xdata * ppdata) reentrantppdata = ppdata;while(1)P0=0xFF; OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);main()OSInit();OSTaskCreate(Task1, (void xdata *)0, &Task1Stack0,2); OSTaskCreate(Task2, (void
14、 xdata *)0, &Task2Stack0,3); OSStart();此处两个任务是让 P0 口的 LED 灯先亮 3s，然后灭 1s。编译通过，代码大小未超过STC89C58RD+ RAM 的容量。将程序烧入，实验成功。5.结束语本文实现了 uC/OS-II 嵌入式实时操作系统的移植。在 keil C51 小模式下移植到单片 STC89C58RD+时，关键要看其 RAM 的容量是否足够。为实验移植过程，将任务最简单化。 若想实现其它功能，只需创建一个任务，在任务中添加要实现其功能的代码即可。参考文献1 STC89C51RC/RD+ 系列单片机器件手册S. 宏晶科技2 Jean J.L
15、abrosse 著. 嵌入式实时操作系统 uC/OS-IIM. 邵贝贝译. 北京航空航天大学出版社, 20033 赵建华，汪文勇. uC/OS-II 内核在 80C51 系列单片机上的移植J. 计算机工程与技术，2007，28（9）4 求是科技. 8051 系列单片机 C 程序设计完全手册M. 人民邮电出版社, 2006The porting of uC / OS-II to STC89-family microprocessorsLiu Weiwei, Wei Tongyu, Sun WeibingSchool of Information and Electrical Engineerin
16、g CUMT, Jiangsu, Xuzhou（221008）AbstractThe Embedded Operating System is widely used, in which the Embedded Real Time Operating SystemuC / OS-II with high reliability, stability and the ability of real-time occupies the certain embedded system markets. Firstly, the features of The Embedded Real Time
17、Operating System uC / OS-II and the STC89 family microprocessors is introduced in this paper, and the difference about the porting to the compiler of keil C51 is elaborated; Secondly, the porting process of uC / OS-II is described; Finally, the two tasks is created, and the Embedded Real Time Operating System uC / OS-II is ported to the STC89 family microprocessors in keil C51 small mode.Keywords: uC/OS-II; STC89; port作者简介：刘伟伟，男，1986 年生，硕士研究生，主要研究方向是嵌入式系统设计； 魏同宇，男，1982 年生，硕士研究生，主要研究方向是电网谐波检测与治理。