隨著微電子技術和網絡的發展，人們對網絡的認識日益深入。網絡終端產品也越來越受到人們的關注，嵌入式操作系統的應用也得到了前所未有的發展，人們對嵌入式的研究也有了長足的進步。基于某個操作系統的實時、多任務系統的設計合應用成為單片機應用的新的發展趨勢。

μC/OS-Ⅱ是一個源碼公開的實時嵌入式操作系統，它的特點在于公開的源代碼，很強的移植性，占先式多任務，每個任務有單獨的棧，中斷管理及很強的穩定性與可靠性等，目前越來越受到實時嵌入式系統設計者的關注，本文詳細講述了如何把 uC/OS-II 操作系統移植到 M16C62 單片機中，并給出了以 M16C62 單片機為核心處理器構成的一個實時多任務系統的設計方案。

1、uC/OS-II 的移植

uC/OS-II 采用完全占先式的實時內核，最多可以管理 56 個任務，每個任務對應一個不同的優先級，因而，uC/OS-II 操作系統并不支持時間片輪轉調度法。但是全部 UC/OS-II 的函數調用與服務的執行時間是可知的，也就是，uC/OS-II 系統服務的執行時間不依賴于應用程序任務的多少。另外，uC/OS-II 中每個任務都有自己單獨的棧，每個棧的大小可以根據應用程序的需要進行分配，這樣壓低了系統對 RAM 的需求；在中斷管理方面，uC/OS-II 中的中斷可以使正在執行的任務掛起，如果優先級更高的任務被中斷喚醒，則高優先級的任務在中斷嵌套全部退出后立即執行，uC/OS-II 的中斷嵌套可達 255 層。

uC/OS-II 的源碼大部分是用可移植性很強的 ANSI C 寫的。只是和微處理器有關的很小一部分代碼是用匯編寫的，這樣把 uC/OS-II 移植到 MC16C62 中就變得相對容易很多，主要是要修改和處理器有關的代碼，如：OS-CPU.H、OS-CPU-A.ASM、OS-CPU-C.C。

（1）、OS-CUP.H 頭文件

OS_CUP.H 頭文件主要是定義和處理器有關的數據類型，在 M16C62 中的數據類型包括無符號整型、有符號整型、無符號字符型、有符號字符型等。因此，OS_CPU.H 頭文件對這些類型進行全新的定義。除了和處理器有關的數據類型定義外，在 OS-CUP.H 中還作了有關中斷禁止、中斷允許、堆棧的增長方向等一些簡單宏的定義。

（2）、OS-CPU-A.ASM 文件

在 OS-CPU-A.ASM 文件中包含四個匯編語言的函數：OSSTartHighRdy（）、OSCtxsw（）、OSIntCtxsw（）、OSTickISR（）。在 uC/OS-II 中處于就緒態的任務的堆棧結構，看起來和剛中斷的情形是一樣的。要想運行最高優先級任務，移植要做的是就是將所有處理器的寄存器按順序從任務堆棧中恢復出來，并且通過一條中斷返回語句來實現任務的切換。因而，OSStartHighRdy（）就是使要恢復的任務堆棧指針指到任務控制塊的 0 偏址的內存單元中。也就是要把保存在任務堆棧中的數據以及 CPU 寄存器，如 R0、R1、R2、R3、A0、A1、SB 和 FB 返回到系統當前的寄存器中，并把當前堆棧指針指到 PC 指針的位置。

在 uC/OS-II 中任務的切換問題是通過發軟件中斷命令或依靠處理器執行陷阱指令來完成的。但是中斷服務例程、陷阱或異常處理例程的向量地址必須指向 OSCtxSw（）。在 M16C62 單片機中可以通過定義軟件中斷 0 來完成任務的切換。因而，在 M16C62 中的中斷向量表中的 0 號軟件中斷地址指向 OSCtxSW（）。對應的中斷號為 0。

OSInCtxSw（）用來在 ISR 中執行切換功能。由于這個函數本身就是在中斷中被調用，因而，在中斷處理時寄存器的狀態已經都被正確保存了。在 OSInCtxSw（）函數中要進行堆棧清理工作，只有這樣被中斷的任務的堆棧內容才能正確返回。

OSTIckISR（）這個函數時 UC/OS-II 所要求的時鐘基準，即時鐘節拍，uC/OS-II 的時鐘節拍頻率在 10 到 100 之間，通常為了計算方便而設為整數。在 M16C62 中有多個定時計數器可以選擇用來作為系統的時鐘基準。在該系統中利用時鐘定時器 A0 來產生頻率為 100 的一個時鐘節拍。OSTIckISR（）是一個中斷響應函數，因而必須在 M16C62 的中斷向量表中，A0 的中斷向量應分配給 OSTIckISR（），對應的中斷向量號是 21。

（3）、OS_CPU_C.C 文件

在這個 C 文件中包含 6 個簡單的 C 函數，而這 6 個函數中和移植關系最密切的 OSTaskInit（）函數，這個函數是用來創建一個任務堆棧。OSTaskCreat（）和 OSTaskExt（）就是通過調用這個函數來初始化任務的堆棧結構的，由此看來，OSTaskInit（）是移植的關鍵。在前面的 OS_CPU_A.ASM 文件中，任務的切換是通過調用一個軟中斷 0 來實現任務切換，通過中斷的返回指令使堆棧中的數據返回到 CPU 寄存器，使最高優先級的任務占有 CPU，因而，OSTaskInit（）函數要做的就是模擬中斷發生時處理器壓棧的過程，把 CPU 的寄存器內容壓到任務堆棧中。在 M16C62 單片機中，系統分為兩個堆棧，即：用戶堆棧和中斷堆棧，而在 uC/OS-II 進行任務切換是通過軟中斷 0 來實現的，因此，uC/OS-II 的任務堆棧是 M16C62 中的中斷堆棧。

中斷堆棧中依次保存程序計數器 PC 和標志寄存器 FLG 中的內容，因此，在 OSTaskStkInit（）函數中就是要模擬這樣的一個壓棧過程。先壓入 FLAG 的高四位和 PC 指針的高四位，接著壓入 FLAG 低位、PC 中間八位和 PC 的低八位。在保存完 PC 和 FLAG 位后就應該為 CPU 的寄存器 FB、SB、A1、A0、R3、R2、R1 和 R0 分配相應存儲空間。OSTaskInit（）函數返回的是任務堆棧的指針。

2、多任務系統設計

多任務系統的設計是以 M16C62 單片機為 CPU，以 uC/OS-II 為操作系統構成一個實時多任務系統，系統包括一個基于 SPI 總線的溫度傳感器（DS1722）、一個基于 I2C 總線的實時鐘（X1226）、一個 LCD（JM202A）和鍵盤。M16C62 工作在微處理器模式，片外擴展一個 32K×16 位的 RAM（Cy7c1021b）和由兩片 EEPROM（EEP29010-90）構成的存儲器。多任務系統的設計主要包括：單片機資源分配和多任務設計兩個方面。

（1）M16C62 單片機資源分配

M16C62 單片機是一個 16 位單片機，線性尋址空間是 1M，但片內的 RAM 大小只有 3Kbyte，因此要使多任務系統能正常穩定地工作必須合理分配資源。uC/OS-II 中所有內核代碼必須在 RAM 區而把系統堆棧區劃塊到 3K RAM 區外。通過對 Ncrt0.a30 和 Sect30.inc 這兩個 M16C62 配置文件，可以完成對單片機的資源劃分。NC30 編譯器一開始就會編譯 Ncrt0.a30 和 Sect30.inc 這兩個文件，完成對 CPU 的初始化，和資源分配，主要包括：存儲器空間、RAM 區分配、中斷向量分配、堆棧區劃分等。

（2）多任務設計

該系統中除了 uC/OS-II 的空閑任務外，還包括實時鐘任務、溫度采集任務和鍵盤中斷任務和數據存儲任務。實時鐘主要是能精確記錄系統的日期，任務優先級為 10，該任務處于一直工作狀態；溫度采集任務的優先級為 20，主要是完成溫度數據的采集；數據存儲任務是在溫度發生較大變化的時候記錄當時的時間和溫度，任務優先級為 30，在一般情況下這個任務是處在掛起狀態，一旦溫度變動超過預置范圍，溫度采集任務就會發出一個有效信號量使處于掛起態的數據存儲任務轉為就緒態。鍵盤中斷任務是通過 M16C62 的鍵盤中斷來完成參數的設定，該任務以一個中斷處理函數的形式來完成的。

3、結束語

把 uC/OS-II 移植到 M16C62 單片機中，并以 M16C62 單片機為微處理器構成一個實時多任務系統，不僅系統設計簡潔、硬件結構相對與 51 系列單片機來說也要簡單，而且具有較強的抗干擾能力和系統穩定性。以 M16C62 為微處理器，以 uC/OS-II 為實時操作系統構成的多任務系統能廣泛應用在小型實時多任務系統中，具有較好的應用前景。

審核編輯 黃昊宇