uCOS-II: OS_CPU.H文件的移植

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简介:uCOS-II: OS_CPU.H文件的移植

OS_CPU.H包括了用#defines定义的与处理器相关的常量、宏和类型定义。OS_CPU.H的大体结构如程序清单1所示。

程序清单1 OS_CPU.H

----------#ifdef OS_CPU_GLOBALS

#define OS_CPU_EXT

#else

#define OS_CPU_EXT extern

#endif

/*数据类型(与编译器相关)*/

typedef unsigned char BOOLEAN; (1)

typedef unsigned char INT8U; /* 无符号8位整数 */

typedef signed char INT8S; /* 有符号8位整数 */

typedef unsigned int INT16U; /* 无符号16位整数 */

typedef signed int INT16S; /* 有符号16位整数 */

typedef unsigned long INT32U; /* 无符号32位整数 */

typedef signed long INT32S; /* 有符号32位整数 */

typedef float FP32; /* 单精度浮点数 */ (2)

typedef double FP64; /* 双精度浮点数 */

typedef unsigned char OS_STK; /* 堆栈入口宽度为8位 */ (3)

/*

********************************

* 与处理器相关的代码

**********************************/

#define OS_ENTER_CRITICAL() EA = 0 /*禁止中断 */ (4)

#define OS_EXIT_CRITICAL() EA = 1 /*允许中断 */

#define OS_STK_GROWTH 0 /*定义堆栈的增长方向 */ (5)

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw() (6)

----------------------------------------------------------------------------------

1 与编译器相关的数据类型

因为不同的微处理器有不同的字长,所以μC/OS-Ⅱ的移植包括了一系列的类型定义以确保其可移植性。尤其是,μC/OS-Ⅱ代码从不使用C的short,int和long等数据类型,因为它们是与编译器相关的,不可移植。相反的,将其定义成整型数据结构既是可移植的又是直观的[程序清单1(1)]。为了方便,虽然μC/OS-Ⅱ不使用浮点数据,但还是定义了浮点数据类型[程序清单1(2)]。

例如,INT16U数据类型总是代表16位的无符号整数。现在,μC/OS-Ⅱ和用户的应用程序就可以估计出声明为该数据类型的变量的数值范围是0~65535。将μC/OS-Ⅱ移植到32位的处理器上也就意味着INT16U实际被声明为无符号短整型数据结构而不是无符号整型数据结构。但是,μC/OS-Ⅱ所处理的仍然是INT16U。

用户必须将任务堆栈的数据类型告诉给μC/OS-Ⅱ。这个过程是通过为OS_STK声明正确的C数据类型来完成的。MCS-51系列单片机的堆栈成员是8位的,并且用户的编译文件指定字符型为8位数,所以应将OS_STK声明为无符号字符型数据类型[程序清单1(3)]。所有的任务堆栈都必须用OS_STK来声明数据类型。

2 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()

与所有的实时内核一样,μC/OS-Ⅱ需要先禁止中断再访问代码的临界段,并且在访问完毕后重新允许中断。这就使得μC/OS-Ⅱ能够保护临界段代码免受多任务或中断服务例程(ISR)的破坏。中断禁止时间是商业实时内核公司提供的重要指标之一,因为它将影响到用户的系统对实时事件的响应能力。虽然μC/OS-Ⅱ尽量使中断禁止时间达到最短,但是μC/OS-Ⅱ的中断禁止时间还主要依赖于处理器结构和编译器产生的代码的质量的。通常每个处理器都会提供一定的指令来禁止/允许中断,因此用户的C编译器必须要有一定的机制来直接从C中执行这些操作。有些编译器能够允许用户在C源代码中插入汇编语言声明。这样就使得插入处理器指令来允许和禁止中断变得很容易了。其它一些编译器实际上包括了语言扩展功能,可以直接从C中允许和禁止中断。为了隐藏编译器厂商提供的具体实现方法,μC/OS-Ⅱ定义了两个宏来禁止和允许中断:OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()[程序清单1(4)]。OS_ENTER_CRITICAL()用来关中断,OS_EXIT_CRITICAL()用来开中断。

执行这两个宏的最简单的方法是在OS_ENTER_CRITICAL()中调用处理器指令来禁止中断,以及在OS_EXIT_CRITICAL()中调用允许中断指令。本移植过程就是通过这种方法来禁止允许中断的。在本移植对象中,所选用的MCS-51系列单片机是通过中断允许寄存器(IE)来控制中断的。IE的最高位EA为CPU中断标志位,当EA=0时为关中断,当EA=1时为开中断。由于该部分与处理器相关,固应对它们进行宏定义,以便移植。

3 OS_STK_GROWTH

绝大多数的微处理器和微控制器的堆栈是从高地址往低地址增长的。但是某些处理器是从低地址向高地址增长的。μC/OS-Ⅱ被设计成两种情况都可以处理,只要在结构常量OS_STK_GROWTH中指定堆栈的生长方式(如下所示)就可以了。

●置OS_STK_GROWTH为0表示堆栈从低地址向高地址增长。

●置OS_STK_GROWTH为1表示堆栈从高地址向低地址增长。

由于MCS-51系列单片机的堆栈是从低地址向高地址增长的,固在此将OS_STK_GROWTH设置成0[程序清单1(5)]。

4 OS_TASK_SW()

OS_TASK_SW()[程序清单1(6)]是一个宏,它是在μC/OS-Ⅱ从低优先级任务切换到最高优先级任务时被调用的。OS_TASK_SW()总是在任务级代码中被调用的。另一个函数OSIntExit()被用来在ISR使得更高优先级任务处于就绪状态时,执行任务切换功能。任务切换只是简单的将处理器寄存器保存到将被挂起的任务的堆栈中,并且将更高优先级的任务从堆栈中恢复出来。

在μC/OS-Ⅱ中,处于就绪状态的任务的堆栈结构看起来就像刚发生过中断并将所有的寄存器保存到堆栈中的情形一样。换句话说,μC/OS-Ⅱ要运行处于就绪状态的任务必须要做的事就是将所有处理器寄存器从任务堆栈中恢复出来,并且执行中断返回。为了切换任务可以通过执行OS_TASK_SW()来产生中断。大部分的处理器会提供软中断或是陷阱(TRAP)指令来完成这个功能。ISR或是陷阱处理函数(也叫做异常处理函数)的向量地址必须指向汇编语言函数OSCtxSw()。

例如,在Intel或者AMD 80x86处理器上可以使用INT指令。但是中断处理向量需要指向OSCtxSw()。Motorola 68HC11处理器使用的是SWI指令,同样,SWI的向量地址仍是OSCtxSw()。还有,Motorola 680x0/CPU32可能会使用16个陷阱指令中的一个。当然,选中的陷阱向量地址还是OSCtxSw()。

一些处理器如本移植中所选用的MCS-51系列单片机并不提供软中断机制。在这种情况下,需要尽自己的所能将堆栈结构设置成与中断堆栈结构一样。OS_TASK_SW()只会简单的调用OSCtxSw()而不是将某个向量指向OSCtxSw()。而?C_XBP指针能做到这点。?C_XBP是外部可重入栈的堆栈指针。51由于内部RAM容量的限制,可重入栈没有使用硬件堆栈(堆栈指针SP),而是在外部RAM中模拟的可重入栈,其堆栈指针即为?C_XBP,不过它是用软件模拟的。既然用到了多任务,那么任务函数肯定是可重入的,其内部的变量都是保存在任务自己的可重入栈中的。其实在移植的代码中可以很清楚地看到有对于?C_XBP的操作,这也是移植中很重要的一部分。

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