畢業(yè)設計（論文）嵌入式操作系統(tǒng)μCOSII在C8051F040單片機中移植研究

目 錄 摘要…………………………………………………………..………………………..………….….1 關鍵詞…………………………………………………………………………………..…………....1 Abstract…………………………………………………………………………………..…………..2 Key words…………………………………………………………………………………..………..2 1. 緒論…………………………………………………………………………………………….…3 1.1 嵌入式操作系統(tǒng)………………………………………………………………..……….…..3 1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展狀況……………………………………………………………....3 1.1.2 嵌入式操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展………………………………………….…………...5 1.2 本課題研究的目的和意義……………………………………………………..……….…..5 2. µC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)……………………………………………………….…………6 2.1 選擇µC/OS-Ⅱ的原因……………………………………………………………..……….6 2.2 µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內容簡介…………………………………………………...…………..7 2.2.1 內核結構……………………………………………………………..………………..7 2.2.2 任務管理……………………………………………………………...……………….8 2.2.3 時間管理……………………………………………………..………………………10 2.2.4 任務間通信與同步……………………………………………..……………………11 2.2.5 內存管理………………………………………………………..……………………12 3. C8051F系列單片機的特點……………………………………………………………………..13 3.1 C8051F系列單片機的特點……………………………………………………………..…13 3.2 C8051F040的性能概述……………………………………………….…………………...13 4. µC/OS-Ⅱ在C8051F040上的移植………………………………………………………….…..15 4.1 µC/OS-Ⅱ硬件平臺的選擇………………………………………………….…………..…15 4.2 µC/OS-Ⅱ移植內容………………………………………………………….……………..15 4.2.1 OS_CPU．H頭文件的修改………………………………………………………….16 4.2.2 OS_CPU_A．ASM匯編文件的修改…………………………………………………17 4.3 µC/OS-Ⅱ在C8051F040上的運行測試……………………………………..……….……19 4.4 基于µC/OS-Ⅱ的C8051F040運用系統(tǒng)開發(fā)………………………………..…….……..21 5. 結論………………………………………………………………………………...……………22 參考文獻……………………………………………………………………………………………23 嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II在C8051F040單片機中移植研究 摘要：隨著現(xiàn)代控制技術、多媒體技術與Internet的應用和普及，以計算機技術、芯 技術和軟件技術為核心的數(shù)字化技術得到了迅猛發(fā)展，掀起了一場數(shù)字化技術革命，促使消費電子、計算機、通信一體化趨勢的步伐加快，嵌入式系統(tǒng)技術成為發(fā)展重點。 本文主要介紹了嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ在C8051 F040上的移植過程。首先,描述了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展狀況；第二部分，介紹了µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的內容，包括內核結構，任務管理，時間管理，任務間通信與同步和內存管理；第三部分，介紹了C8051F系列單片機的特點；第四部分，詳細的敘述了µC/OS-Ⅱ移植的過程。 可以預見，由于µC/OS-Ⅱ具有不可替代的優(yōu)點，µC/OS-Ⅱ將在以后的嵌入式系統(tǒng)設計中得到廣泛應用。 關鍵詞：µC/OS-Ⅱ；C8051F040；嵌入式實時操作系統(tǒng)；移植 Embedded operating system μ C / OS-II in the C8051F040 MCU Transplantation Abstract：With application and popularization of modern control technology , multimedia technology and Internet, the digitized technology taking computer technology , chip technology and software engineering as the core has got swift and violent development, raise digitized technical revolution, impel paces of consuming electron , computer , integrated trend of communication to accelerate, embedded systematic technology becomes the developing focus。 This dissertation mainly introduces µC/OS-Ⅱtransplantation course on C8051 F040 of embedded real-time operating system；and secondly, introduced µ C/OS- II operating system elements, including core structure, task management, time management, intertask communication and synchronization, and memory management.；The third part, on the characteristics of C8051F Series MCU； fourth part of a detailed description of the μ C/OS- Ⅱ transplant process. It can be predicted that as µC/OS-Ⅱ irreplaceable advantages µC/OS-Ⅱ will be at a later embedded systems design widely used. Key words：µC/OS-Ⅱ;C8051F040;Embedded Real-time OS;Porting 23 1 緒論 1.1 嵌入式操作系統(tǒng) 1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展狀況 嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，隨著微型機技術的完善和發(fā)展，微型機出現(xiàn)了嵌入式應用環(huán)境，傳統(tǒng)電子設備的智能化不同于通用機的嵌入式應用?，F(xiàn)代計算機有通用計算機和嵌入式計算機兩大分支，他們是兩個完全不同的計算機技術領域。通用計算機系統(tǒng)是高速海量數(shù)值計算，嵌入式系統(tǒng)是對象嵌入和智能化控制。分工后兩個分支呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢。 嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計算機應用系統(tǒng)。其嵌入性是指非獨立存在的物理空間，專用性是滿足對象體系要求的軟硬件裁剪，它是智能化的工具保證。由于傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的嵌入式應用環(huán)境是超小型、超低價、高可靠的嵌入式計算機，這就需要尋求芯片化的徹底解決辦法，單片微型計算機應運而生，走單片機獨立發(fā)展道路成了必然選擇。 一個嵌入式系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件包括微處理器、存儲器及外設器件等，而軟件包括操作系統(tǒng)軟件和應用程序。為了提高系統(tǒng)性能，除了需要對硬件和軟件進行優(yōu)化外，還會引入總線的概念。與普通計算機系統(tǒng)類似，嵌入式系統(tǒng)仍然包括微處理器、存儲設備和輸入、輸出設備，但是它與一般的PC系統(tǒng)還有很大的區(qū)別。一般來講，嵌入式系統(tǒng)在功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求的制約。 作為二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一，計算機在期待著第五代出現(xiàn)的同時，也邁入了其另一個新階段——后PC時代。后PC時代的到來，使得人們開始越來越多的接觸到一個新的概念——嵌入式產品，如手機、PDA、數(shù)控機床等。其實，嵌入式操作系統(tǒng)很早以前就出現(xiàn)就得到了廣泛應用，如微型計算器、PC中的鍵盤，都是最典型最簡單的嵌入式系統(tǒng)。如果說PC機的出現(xiàn)構建了信息產業(yè)的框架，推動了整個信息產業(yè)和人類文明的發(fā)展和前進，那么嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展將會更加完善這個框架，并成為信息產業(yè)發(fā)展的加速器。 根據(jù)IEEE的定義，嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設備機器和車間運行的裝置，這主要是從產品的應用角度加以定義的。按照目前業(yè)界和學術界對嵌入式系統(tǒng)的普遍看法，嵌入式操作系統(tǒng)被定義為以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)技術是將先進的計算機技術、半導體技術及電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。綜觀嵌入式系統(tǒng)技術的發(fā)展，大致經歷了以下三個階段： （1）第一階段是嵌入式技術的早期階段。 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史悠久，可以說它是伴隨著數(shù)字計算機的出現(xiàn)而誕生的。但早期的計算機主要器件由電子管、晶體管等組成，體積過于龐大，因而阻礙了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。早期系統(tǒng)以功能簡單的專用計算機或單片機為核心的可編程控制器形式存在，具有監(jiān)測、伺服、設備指示等功能。這一階段系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)結構和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口，比較適合于各類專用領域。 （2） 第二階段是以嵌入式處理器/控制器和嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。 隨著并行技術、先進控制、流水線、強有力的中斷系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等技術的發(fā)展，特別是在微處理器問世以后，嵌入式系統(tǒng)得到了真正的發(fā)展。微處理器的廣泛應用形成了一個廣闊的嵌入式應用市場。 這一階段系統(tǒng)的主要特點是計算機硬件出現(xiàn)了高可靠、低功耗的嵌入式處理器；同時，各類商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到遜色發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內核小、效率高，并具備高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、設備支持、多任務、網(wǎng)絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具備大量的應用程序接口，開發(fā)應用程序簡單；嵌入式應用軟件豐富。 （3）第三階段是以芯片技術和Internet技術為標志的嵌入式系統(tǒng)。 微電子技術發(fā)展迅速，SOC技術使嵌入式系統(tǒng)越來越小，功能越來越強。隨著NOC的出現(xiàn)，以及Internet技術與信息家電、工業(yè)控制技術等的結合日益密切，嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡化趨勢將推動其更加快速的發(fā)展。 近幾年嵌入式操作系統(tǒng)技術的發(fā)展有以下幾個顯著的變化： （1）新的處理器越來越多，一方面，嵌入式操作系統(tǒng)自身結構的設計更易于移植，以便在短時間內支持更多種微處理器；另一方面，系統(tǒng)應能使用驅動程序開發(fā)與配置環(huán)境，造就一個新的BSP和驅動程序結構，以適應微處理器不斷升級變化所產生的需求。 （2）開放源碼之風已波及嵌入式系統(tǒng)廠家。數(shù)量相當多的嵌入式系統(tǒng)廠家出售產品時，就附加了源程序代碼并含生產版稅。 （3）后PC時代更多的產品使用嵌入式操作系統(tǒng)，它們對實時性要求并不高。 （4）電信設備、控制系統(tǒng)要求的高可靠性，對嵌入式系統(tǒng)提出了新的要求。 （5）各類通用機上使用的新技術、新觀念正逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中。 （6）各種嵌入式Linux操作系統(tǒng)正迅速發(fā)展，已經形成了能與Windows CE等嵌入式操作系統(tǒng)進行有力競爭的局面。 （7）面向定制趨勢，在系統(tǒng)級整合改造并支持應用特制的性能，即在定制商品化的軟硬件上提供高性能和高可靠性系統(tǒng)服務，將操作系統(tǒng)的功能和內存需求定制成每個應用所需的系統(tǒng)。 （8）嵌入式系統(tǒng)的多媒體化和網(wǎng)絡化方向趨勢。 （9）基于知識的嵌入式系統(tǒng)也已開始出現(xiàn)。 隨著因特網(wǎng)技術的成熟、帶寬的提高，ICP在網(wǎng)上提供的信息內容日趨豐富、應用項目多種多樣，嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更復雜。 后PC時代，計算機將無處不在，家用電器將向數(shù)字化和網(wǎng)絡化發(fā)展，電視機、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入計算機，并通過家庭控制中心與Internet聯(lián)接，轉變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡家電，還可以實現(xiàn)遠程醫(yī)療、遠程教育等。中國擁有最大的手機用戶，而掌上電腦和PDA等因為易于使用，攜帶方便、價格便宜而得到了快速發(fā)展，PDA與手機已呈現(xiàn)融合趨勢。用掌上電腦或PDA上網(wǎng)，人們可以隨時隨地獲取信息。新的手持設備將使無線互聯(lián)訪問成為更加普遍的現(xiàn)象。與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接，結合音頻應用，如MP3功能，將會促使移動計算設備市場創(chuàng)造新的銷售記錄。整合手機模塊，為移動計算設備提供語音功能，也將是大勢所趨。 1.1.2 嵌入式操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展 國外的嵌入式操作系統(tǒng)有VXWORK、QNX、PALMOS、Windows CE、Linux、µC/OS-Ⅱ等，國內有基于Windows CE的機頂盒系統(tǒng)和HOPEN OS等。 從應用方面分為面向低端設備的嵌入式操作系統(tǒng)和面向高端設備的嵌入式操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)主要是面向低端設備的操作系統(tǒng)，如各種工業(yè)系統(tǒng)、汽車發(fā)動機系統(tǒng)和防報死系統(tǒng)、民用微波爐、洗衣機、冰箱等。這類應用客觀上要求操作系統(tǒng)體積小，實時性強，開放源代碼的實時操作系統(tǒng)µC/OS就屬這類。芯片技術的發(fā)展使得高端設備也成為嵌入式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通常具體和計算機主板相似的結構，使用的CPU是功能強大的16位和32位微處理器。信息化家電、掌上電腦、機頂盒、WAP手機，WinCE、PALMOS和Linux便屬于這類操作系統(tǒng)。 嵌入式軟件是數(shù)字化產品的核心，PC的出現(xiàn)使桌面軟件得到了飛速發(fā)展，而數(shù)字化產品的廣泛普及必將為嵌入式軟件產業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無窮的推動力。操作系統(tǒng)控制著應用程序和硬件之間的交互作用，應用程序控制著系統(tǒng)的運行。 隨著嵌入式應用系統(tǒng)架構的開發(fā)越來越復雜，嵌入式操作系統(tǒng)軟件的開發(fā)往往開始得很晚，導致軟硬件的集成被推遲，所以，很可能導致研發(fā)出有設計錯誤的產品，錯失市場機會，造成設計反復、成本高昂等問題。因此，軟件成為設計開發(fā)的關鍵，軟件需要在標準化平臺上運行，軟件發(fā)展需要工具支持，軟件發(fā)展不斷促進標準的建立，如MIPI、OpenGL、JSR184等。 1.2 本課題研究的目的和意義 嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到一定階段的產物,是為了滿足日益復雜的嵌入式系統(tǒng)設計的要求而產生的。隨著微處理器功能的不斷提升,嵌入式操作系統(tǒng)的應用范圍也變得越來越強大。對基于特定嵌入式操作系統(tǒng)上的軟件設計研究已成為了近年來的熱點,并且對于嵌入式操作系統(tǒng)在實際工程中的推廣應用有著重要的意義。本課題研究在存儲器資源受限，但應用非常廣泛的8位單片機（以C8051F040為例）中移入嵌入式µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，為8位單片機的應用提供新的空間。 2 µC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng) 2.1 選擇µC/OS-Ⅱ的原因 µC/OS是一個實時操作系統(tǒng)，是由Jean J.Labrosse于1992年首先設計編寫的。1999年，Labrosse又編寫了µC/OS-Ⅱ。該操作系統(tǒng)是一個高度簡潔、可ROM固化、可裁剪、實現(xiàn)搶先式實時多任務的操作系統(tǒng)內核，可用于各種微處理機系統(tǒng)。µC/OS-Ⅱ可管理多達64個任務，并可提供如下服務： （1）信號燈 （2）互斥式信號燈 （3）事件標志 （4）消息隊列 （5）任務管理 （6）存儲塊管理 （7）定時管理 實時執(zhí)行體一般包括一套支持實時系統(tǒng)所必需的機制。在嵌入式應用中，這一套機制被稱為實時執(zhí)行體或實時操作系統(tǒng)內核。操作系統(tǒng)就是一個實時執(zhí)行體?？刹眉舻捏w系結構是指一個軟件系統(tǒng)能夠支持多種應用而無需在接口上做很大的變動。因此，可以開發(fā)出成本低、品種多的軟件產品。 µC/OS-Ⅱ的特點如下： (1) 開放的源代碼 (2) 可移植性：絕大部分用ANSI C寫，和硬件相關的用匯編語言寫。 (3) 可固化性：只要有合適的軟件工具就可以µC/OS-Ⅱ嵌入到產品中去。 (4) 可裁剪性：產品可以只調用很少的µC/OS-Ⅱ，這樣可以減少存儲空間，這是依靠條件編譯來實現(xiàn)的。 (5) 占先式：µC/OS-Ⅱ是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務。 (6) 多任務：µC/OS-Ⅱ可以管理64個任務，8個給系統(tǒng)。 (7) 可確定性：µC/OS-Ⅱ函數(shù)調用與服務執(zhí)行時間是可知的。 (8) 任務棧：使用µC/OS-Ⅱ?？臻g校驗函數(shù)可以確定任務有多少棧空間。 (9) 系統(tǒng)服務：µC/OS-Ⅱ提供例如郵箱、信號量、消息隊列等系統(tǒng)服務。 (10) 中斷管理：中斷足以使正在執(zhí)行的任務暫時掛起。 (11) 穩(wěn)定性和可靠性：µC/OS-Ⅱ是基于µC/OS的，已有幾百個商業(yè)應用。 對于國內大多數(shù)使用8051系列單片機的用戶來說，µC/OS-Ⅱ具有很高的性價比，很適合這樣的嵌入式應用。µC/OS-Ⅱ是基于優(yōu)先級的搶占式實時多任務操作系統(tǒng)，具有如下特點：開放源代碼，可移植性，可裁剪性，良好的穩(wěn)定性和可靠性。 µC/OS-Ⅱ很容易地移植到各種各樣的CPU平臺上，只要這一種微處理機能滿足以下條件即可：具有堆棧指針，可執(zhí)行CPU內部寄存器的入棧、出棧指令；所使用的C編譯器支持內嵌匯編指令，或者C編譯器支持可擴展、可連接匯編模塊，使得中斷控制能夠在C語言匯總實現(xiàn)。 µC/OS-Ⅱ可以在絕大多數(shù)的8位、16位、32位，甚至是64位的微處理機系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器系統(tǒng)中運行。 2.2 µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內容簡介 2.2.1 內核結構 就像所有的實時內核一樣，µC/OS-Ⅱ 需要在存取代碼核心區(qū)時禁止中斷，在存取完成后再將中斷重新打開。禁止中斷是為了保護核心區(qū)代碼，以免出現(xiàn)多個任務或中斷服務程序同時進入該代碼區(qū)。中斷禁止時間是實時內核的一項最重要的指標，因為它影響著系統(tǒng)對實時事件的響應能力。 µC/OS-Ⅱ試圖將這段中斷禁止時間減至最小。但是，這在很大程度上還取決于系統(tǒng)的CPU結構，以及編譯器生成的代碼質量。CPU通常提供禁止/允許中斷的匯編指令，而用戶的編譯器必須支持從C語言中直接執(zhí)行這種操作。有一些編譯器允許用戶在C原碼中插入?yún)R編語句，這樣，就使得插入允許和禁止中斷的指令非常方便。 為了將由于上述編譯器的差異而導致的中斷設置差異隱藏起來，µC/OS-Ⅱ了兩個宏來實現(xiàn)對中斷的允許和禁止：OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRTICAL( )。這兩個宏的實現(xiàn)是由CPU決定的，它們在os_cpu.h的頭文件中定義，每種CPU都會在os_cpu.h中移植實現(xiàn)這個宏。 OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRTICAL( )可以有三種不同的實現(xiàn)方法。具體使用哪種，取決于用戶的CPU能力。用戶可通過#define OS_CRITICAL_METHOD 來定義選用一種實現(xiàn)方法。 第一種方法：#define OS_CRITICAL_METHOD1 這也是最簡單的一種實現(xiàn)OS_ENTER_CRITICAL( )和OS_EXIT_CRTICAL( )的方法。如果用戶在中斷禁止的情況下調用了一個µC/OS-Ⅱ函數(shù)，而在從一個µC/OS-Ⅱ函數(shù)返回時，中斷將被允許。但是，如果用戶在調用µC/OS-Ⅱ之前已禁止了中斷，而一般在調用返回以后仍要求禁止中斷。 第二種方法：#define OS_CRITICAL_METHOD2 這種實現(xiàn)方法在實現(xiàn)OS_ENTER_CRITICAL( )時，是將禁止的中斷狀態(tài)保留在堆棧中，然后禁止中斷。而OS_EXIT_CRTICAL( )的實現(xiàn)只需要簡單地將中斷狀態(tài)從堆棧中恢復出來。通過這種方案，無論是在中斷禁止時，還是中斷允許時調用µC/OS-Ⅱ服務，都可以在該調用前后保留中斷狀態(tài)。 第三種方法：# define OS_CRITICAL_METHOD3 有些編譯器提供了一些功能擴展，允許用戶獲取CPU狀態(tài)字，并可以將它存入函數(shù)的局部變量中。µC/OS-Ⅱ代碼主要由C語言實現(xiàn)，而C語言中的數(shù)據(jù)類型一般與硬件平臺所對應的編譯器有關。為了實現(xiàn)在各種硬件平臺上的可移植性，µC/OS-Ⅱ了自己定義的基本數(shù)據(jù)類型。 µC/OS-Ⅱ庫函數(shù)可以分為以下幾類：任務控制類：用于實現(xiàn)µC/OS-Ⅱ啟動、任務管理、任務調度、任務優(yōu)先級設置等功能。動態(tài)內存管理類：用于實現(xiàn)µC/OS-Ⅱ內存的動態(tài)管理。用µC/OS-Ⅱ時，最好采用µC/OS-Ⅱ的內存管理函數(shù)。 為了使μC/OS-Ⅱ能管理用戶任務，用戶必須在建立一個任務的時候，將任務的起始地址與其它參數(shù)一起傳給下面兩個函數(shù)中的一個：OSTastCreat或OSTaskCreatExt()。OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的擴展，擴展了一些附加的功能。 圖2.1是μC/OS-Ⅱ控制下的任務狀態(tài)轉換圖。在任一給定的時刻，任務的狀態(tài)一定是在這五種狀態(tài)之一。 圖2-1 任務狀態(tài)轉換圖 2.2.2 任務管理 任務可以是一個無限的循環(huán)，也可以是在一次執(zhí)行完畢后被刪除掉。這里要注意的是，任務代碼并不是被真正的刪除了，而只是µC/OS-Ⅱ不再理會該任務代碼，所以該任務代碼不會再運行。任務看起來與任何C函數(shù)一樣，具有一個返回類型和一個參數(shù)，只是它從不返回。任務的返回類型必須被定義成void型。這里提到的函數(shù)可以在OS_TASK文件中找到。其內容包括如何在用戶的應用程序中建立任務、刪除任務、改變任務的優(yōu)先級、掛起和恢復任務，以及獲得有關任務的信息。 µC/OS-Ⅱ可以管理多達64個任務，并從中保留了四個最高優(yōu)先級和四個最低優(yōu)先級的任務供自己使用，所以用戶可以使用的只有56個任務。任務的優(yōu)先級越高，反映優(yōu)先級的值則越低。在最新的µC/OS-Ⅱ中，任務的優(yōu)先級數(shù)也可作為任務的標識符使用。想讓µC/OS-Ⅱ管理用戶的任務，用戶必須要先建立任務。 用戶可以通過傳遞任務地址和其它參數(shù)到以下兩個函數(shù)之一來建立任務：OSTaskCreate() 或 OSTaskCreateExt()。OSTaskCreate()與µC/OS是向下兼容的，OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的擴展版本，提供了一些附加的功能。用兩個函數(shù)中的任何一個都可以建立任務。 任務可以在多任務調度開始前建立，也可以在其它任務的執(zhí)行過程中被建立。在開始多任務調度(即調用id參數(shù)為要建立的任務創(chuàng)建一個特殊的標識符。該參數(shù)在µC/OS以后的升級版本中可能會用到，但在µC/OS-Ⅱ中還未使用。這個標識符可以擴展µC/OS-Ⅱ功能，使它可以執(zhí)行的任務數(shù)超過目前的64個。pbos是指向任務的堆棧棧底的指針，用于堆棧的檢驗。stk_size用于指定堆棧成員數(shù)目的容量。也就是說，如果堆棧的入口寬度為4字節(jié)寬，那么stk_size為10000是指堆棧有40000個字節(jié)。該參數(shù)與pbos一樣，也用于堆棧的檢驗。pext是指向用戶附加的數(shù)據(jù)域的指針，用來擴展任務的OS_TCB。每個任務都有自己的堆?？臻g。堆棧必須聲明為OS_STK類型，并且由連續(xù)的內存空間組成。用戶可以靜態(tài)分配堆?？臻g(在編譯的時候分配)也可以動態(tài)地分配堆?？臻g(在運行的時候分配)。用戶可以用C編譯器提供的malloc()函數(shù)來動態(tài)地分配堆?？臻g，在動態(tài)分配中，用戶要時刻注意內存碎片問題。特別是當用戶反復地建立和刪除任務時，內存堆中可能會出現(xiàn)大量的內存碎片，導致沒有足夠大的一塊連續(xù)內存區(qū)域可用作任務堆棧，這時malloc()便無法成功地為任務分配堆?？臻gµC/OS-Ⅱ 支持的處理器的堆棧既可以從上(高地址)往下(低地址)長也可以從下往上長。 用戶在調用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()的時候必須知道堆棧是怎樣長的，因為用戶必須得把堆棧的棧頂傳遞給以上兩個函數(shù)，當OS_CPU.H文件中的OS_STK_GROWTH置為0時，用戶需要將堆棧的最低內存地址傳遞給任務創(chuàng)建函數(shù)。任務所需的堆棧的容量是由應用程序指定的。用戶在指定堆棧大小的時候必須考慮任務所調用的所有函數(shù)的嵌套情況，任務所調用的所有函數(shù)會分配的局部變量的數(shù)目，以及所有可能的中斷服務例程嵌套的堆棧需求。另外，堆棧必須能儲存所有的CPU寄存器。有時候決定任務實際所需的堆?？臻g大小是很有必要的。因為這樣用戶就可以避免為任務分配過多的堆棧空間，從而減少自己的應用程序代碼所需的RAM(內存)數(shù)量。µC/OS-Ⅱ提供的OSTaskStkChk()函數(shù)可以提供這種有價值的信息。 為了使用µC/OS-Ⅱ的堆棧檢驗功能，必須要 做以下幾件事情：在OS_CFG.H文件中設OS_TASK_CREATE_EXT為1。用OSTaskCreateExt()建立任務，并給予任務比實際需要更多的內存空間。在OSTaskCreateExt()中，將參數(shù)opt設置為OS_TASK_OPT_STK_CHK+OS_TASK_OPT_STK_CLR。將想檢驗的任務的優(yōu)先級作為OSTaskStkChk()的參數(shù)并調用之。OSTaskStkChk()順著堆棧的棧底開始計算空閑的堆?？臻g大小，具體實現(xiàn)方法是統(tǒng)計儲存值為0的連續(xù)堆棧入口的數(shù)目，直到發(fā)現(xiàn)儲存值不為0的堆棧入口。注意堆棧入口的儲存值在進行檢驗時使用的是堆棧的數(shù)據(jù)類型。 有時候刪除任務是很有必要的。刪除任務,是說任務將返回并處于休眠狀態(tài)，并不是說任務的代碼被刪除了，只是任務的代碼不再被µC/OS-Ⅱ調用。任務的刪除意味著：它的任務控制塊從OSTCBList鏈表中移到OSTCBFreeList，這樣時鐘節(jié)拍函數(shù)中就不會處理它了，這樣調度把它置入就緒表的可能性就沒了；如果它已經處于就緒表中，那么它將被移出，這樣調度器函數(shù)就不會處理它，這樣它被調度運行的機會就沒了；在建立任務的時候會分配給任務一個優(yōu)先級。在程序運行期間，用戶可以通過調用OSTaskChangePrio()來改變任務的優(yōu)先級。換句話說，就是µC/OS-Ⅱ允許動態(tài)的改變任務的優(yōu)先級。 用戶不能改變空閑任務的優(yōu)先級，但可以改變調用本函數(shù)的任務或者其它任務的優(yōu)先級。為了改變調用本函數(shù)的任務的優(yōu)先級，可以指定該任務當前的優(yōu)先級或OS_PRIO_SELF，OSTaskChangePrio()會決定該任務的優(yōu)先級。用戶還必須指定任務的新優(yōu)先級。因為µC/OS-Ⅱ不允許多個任務具有相同的優(yōu)先級，所以OSTaskChangePrio()需要檢驗新優(yōu)先級是否是合法的。 2.2.3 時間管理 µC/OS-Ⅱ要求提供定時中斷來實現(xiàn)延時與超時控制等功能。這個定時中斷叫做時鐘節(jié)拍，它應該每秒發(fā)生10至100次。時鐘節(jié)拍的實際頻率是由用戶的應用程序決定的。時鐘節(jié)拍的頻率越高，系統(tǒng)的負荷就越重。時鐘的 中斷服務子程序和節(jié)時鐘節(jié)函數(shù)OSTimeTick——該函數(shù)用于通知µC/OS-Ⅱ發(fā)生了時鐘節(jié)拍中斷。這里主要講述五個與時鐘節(jié)拍有關的系統(tǒng)服務： (1) OSTimeDly() (2) OSTimeDlyHMSM() (3) OSTimeDlyResume() (4) OSTimeGet() (5) OSTimeSet() µC/OS-Ⅱ提供了這樣一個系統(tǒng)服務：申請該服務的任務可以延時一段時間，這段時間的長短是用時鐘節(jié)拍的數(shù)目來確定的。實現(xiàn)這個系統(tǒng)服務的函數(shù)叫做OSTimeDly()。調用該函數(shù)會使µC/OS-Ⅱ進行一次任務調度，并且執(zhí)行下一個優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務。任務調用OSTimeDly()后，一旦規(guī)定的時間期滿或者有其它的任務通過調用OSTimeDlyResume()取消了延時，它就會馬上進入就緒狀態(tài)。只有當該任務在所有就緒任務中具有最高的優(yōu)先級時，它才會立即運行。 OSTimeDly()雖然是一個非常有用的函數(shù)，但應用程序需要知道延時時間對應的時鐘節(jié)拍的數(shù)目。用戶可以使用定義全局常數(shù)OS_TICKS_PER_SEC的方法將時間轉換成時鐘段，但這種方法有時顯得比較愚笨。如果增加了OSTimeDlyHMSM()函數(shù)后，用戶就可以按小時(H)、分(M)、秒(S)和毫秒(m)來定義時間了，這樣會顯得更自然些。與OSTimeDly()一樣，調用OSTimeDlyHMSM()函數(shù)也會使µC/OS-Ⅱ進行一次任務調度，并且執(zhí)行下一個優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務。任務調用OSTimeDlyHMSM()后，一旦規(guī)定的時間期滿或者有其它的任務通過調用OSTimeDlyResume()取消了延時，它就會馬上處于就緒態(tài)。同樣，只有當該任務在所有就緒態(tài)任務中具有最高的優(yōu)先級時，它才會立即運行。 µC/OS-Ⅱ允許用戶結束延時正處于延時期的任務。延時的任務可以不等待延時期滿，而是通過其它任務取消延時來使自己處于就緒態(tài)。這可以通過調用OSTimeDlyResume()和指定要恢復的任務的優(yōu)先級來完成。實際上，OSTimeDlyResume()也可以喚醒正在等待事件的任務，雖然這一點并沒有提到過。在這種情況下，等待事件發(fā)生的任務會考慮是否終止等待事件。 無論時鐘節(jié)拍何時發(fā)生，µC/OS-Ⅱ都會將一個32位的計數(shù)器加1。這個計數(shù)器在用戶調用OSStart()初始化多任務和4,294,967,295個節(jié)拍執(zhí)行完一遍的時候從0開始計數(shù)。在時鐘節(jié)拍的頻率等于100Hz的時候，這個32位的計數(shù)器每隔497天就重新開始計數(shù)。 用戶可以通過調用OSTimeGet()來獲得該計數(shù)器的當前值。也可以通過調用OSTimeSet()來改變該計數(shù)器的值注意，在訪問OSTime的時候中斷是關掉的。這是因為在大多數(shù)8位處理器上增加和拷貝一個32位的數(shù)都需要數(shù)條指令，這些指令一般都需要一次執(zhí)行完畢，而不能被中斷等因素打斷。 2.2.4 任務間通信與同步 在µC/OS-Ⅱ中，有多種方法可以保護任務之間的共享數(shù)據(jù)和提供任務之間的通訊。這里只講其中的兩種：一是利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()來關閉中斷和打開中斷。當兩個任務或者一個任務和一個中斷服務子程序共享某些數(shù)據(jù)時，可以采用這種方法。二是利用函數(shù)OSSchedLock()和OSSchedUnlock()對µC/OS-II中的任務調度函數(shù)上鎖和開鎖。用這種方法也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。 圖2-2 事件控制塊的使用 圖2.2表示任務和中斷服務子程序之間是如何進行通訊的。一個任務或者中斷服務子程序可以通過事件控制塊ECB（Event Control Blocks）來向另外的任務發(fā)信號。這里，所有的信號都被看成是事件（Event）。這也說明為什么上面把用于通訊的數(shù)據(jù)結構叫做事件控制塊。 一個任務還可以等待另一個任務或中斷服務子程序給它發(fā)送信號。只有任務可以等待事件發(fā)生，中斷服務子程序是不能這樣做的。對于處于等待狀態(tài)的任務，還可以給它指定一個最長等待時間，以此來防止因為等待的事件沒有發(fā)生而無限期地等下去。 多個任務可以同時等待同一個事件的發(fā)生。在這種情況下，當該事件發(fā)生后，所有等待該事件的任務中，優(yōu)先級最高的任務得到了該事件并進入就緒狀態(tài)，準備執(zhí)行。上面講到的事件，可以是信號量、郵箱或者消息隊列等。當事件控制塊是一個信號量時，任務可以等待它，也可以給它發(fā)送消息。 2.2.5 內存管理 在ANSI C中可以用malloc()和free()兩個函數(shù)動態(tài)地分配內存和釋放內存。但是，在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，多次這樣做會把原來很大的一塊連續(xù)內存區(qū)域，逐漸地分割成許多非常小而且彼此又不相鄰的內存區(qū)域，也就是內存碎片。由于這些碎片的大量存在，使得程序到后來連非常小的內存也分配不到。在任務堆棧中，講過用malloc()函數(shù)來分配堆棧時，也討論過內存碎片的問題。另外，由于內存管理算法的原因，malloc()和free()函數(shù)執(zhí)行時間是不確定的。 在µC/OS-Ⅱ中，操作系統(tǒng)把連續(xù)的大塊內存按分區(qū)來管理。每個分區(qū)中包含有整數(shù)個大小相同的內存塊。利用這種機制，µC/OS-Ⅱ 對malloc()和free()函數(shù)進行了改進，使得它們可以分配和釋放固定大小的內存塊。這樣一來，malloc()和free()函數(shù)的執(zhí)行時間也是固定的了。 如圖2.3，在一個系統(tǒng)中可以有多個內存分區(qū)。這樣，用戶的應用程序就可以從不同的內存分區(qū)中得到不同大小的內存塊。但是，特定的內存塊在釋放時必須重新放回它以前所屬于的內存分區(qū)。 顯然，采用這樣的內存管理算法，上面的內存碎片問題就得到了解決。為了便于內存的管理，在µC/OS-Ⅱ中使用內存控制塊（memory control blocks）的數(shù)據(jù)結構來跟蹤每一個內存分區(qū)，系統(tǒng)中的每個內存分區(qū)都有它自己的內存控制塊。 圖2-3 內存分區(qū) 3 C8051F系列單片機的特點 3.1 C8051F系列單片機的特點 Cygnal公司推出的C8051F系列單片機將80C51系列單片機從MCU推向了SOC（片上系列）時代，其主要特點是： ⑴指令運行速度大大提高。C8051F系列采用CIP-51的CPU模式，指令以時鐘周期為運行單位。與8051相比，相同的時鐘下，單周期指令運行速度為原來的12倍；全指令集平均運行速度為原來的9.5倍。 ⑵I/O從固定方式到交叉開關配置。C8051F系列采用開關網(wǎng)絡以硬件方式實現(xiàn)I/O端口的靈活配置。在這種通過交叉開關配置的I/O端口系統(tǒng)中，單片機外部為通用I/O口，內部有輸入/輸出的電路單元，通過相應的配置寄存器控制的交叉開關配置到所選擇的端口上。 ⑶為單片機提供了一個完善的時鐘系統(tǒng)。當程序運行時，可實現(xiàn)內外時鐘的動態(tài)切換。 ⑷從傳統(tǒng)的仿真調試到基于JTAG接口的在系統(tǒng)調試。C8051F的JTAG接口不僅支持FLASH ROM的讀/寫操作及非侵入式在系統(tǒng)調試，而且它的JTAG邏輯還為在系統(tǒng)測試提供了邊界掃描功能。 ⑸從引腳復位到多源復位。C8051F的多復位源提供了上電復位、掉電復位、外部引腳復位、軟件復位、時鐘檢測復位、比較0復位、WDT復位和引腳配置復位。眾多的復位源為保障系統(tǒng)的安全、操作的靈活以及零功耗系統(tǒng)設計帶來極大的好處。 3.2 C8051F040的性能概述 C8051F040在一個芯片內集成了構成單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有的模擬和數(shù)字外設及其他功能部件。它的供電電壓為2.7~3.6V，帶有內部可編程振蕩器。 C8051F040的A/D轉換部分包括：一個12位ADCO子系統(tǒng)，可以測量12路外部輸入和1路內部溫度傳感器輸出，最高轉換速度為100KS/s；一個8位ADC1子系統(tǒng)，可以測量8路外部輸入，最高轉換速度為500KS/s。C8051F040的ADC有單端輸入和差分輸入兩種測量方式，另外它還集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。同時，C8051F040有兩個12位電壓方式DAC。每個DAC的輸出擺幅均為0~VREF（對應的輸入碼范圍是0x000~0Xfff）。 C8051F040的內核采用流水線指令結構，70%的指令的執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，它的最高時鐘頻率可達25MHz。同時，它具有64KB的FLASH，可以進行在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小512B，另外，它還有64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器接口，可以編程為復用和非復用方式。 C8051F040有8B寬的端口I/O，所有口線均耐5V電壓。它可以同時使用SMBus，SPI以及2個UART串口。另外，它還有可編程的16位計數(shù)器/定時器陣列，5個捕捉/比較模塊，5個通用16位計數(shù)器/定時器以及專用的看門狗定時器。 除上述功能外，C8051F040還集成了BOTSH-CAN，它兼容CAN技術規(guī)范2。0A和2.0B，主要由CAN內核、消息RAM（獨立于CIP-51的RAM）、消息處理單元和控制寄存器組成。CAN內核由CAN協(xié)議控制器和負責消息收發(fā)的串行/并行轉換RX/TX移位寄存器組成。消息RAM用于存儲消息目標和每個目標的仲裁掩碼。這種CAM處理器有32個隨意配置為發(fā)送和接收的消息目標，并且每一個消息目標都有它自己的識別掩碼，所有的數(shù)據(jù)傳輸和接收濾波都是由CAN控制器完成的，而不是由CIP-51來完成。通常CAN內核不能直接訪問消息RAM，而必須通過接口寄存器IFI或IF2來訪問。另外，CIP-51的SFR并不能直接訪問CAN內部寄存器的所有單元，其配置CAN、消息目標、讀取CAN狀態(tài)以及獲取接收數(shù)據(jù)、傳遞發(fā)送數(shù)據(jù)都由SFR中的6個特殊寄存器來完成，其中CANOCN、CANODAL、CANOADR 3個寄存器主要用來訪問修改其他不能直接訪問的CAN內部寄存器，消息處理單元則用于根據(jù)寄存器中的消息來控制CAN內核中移位寄存器和消息RAM之間的數(shù)據(jù)傳遞，同時，它還可用來管理中斷的產生。 4 µC/OS-Ⅱ在C8051F040上的移植 4.1 µC/OS-Ⅱ硬件平臺的選擇 Cygnal公司(現(xiàn)Sillicon Labs公司)的C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SOC)，具有與MCS-51指令集完全兼容的高速 CIP-51內核。C8051F系列單片機在一個芯片內部集成了構成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設及其他功能部件，它是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有64個數(shù)字I/O引腳，C8051F040具有CAN2.0B控制器、 4352字節(jié)(256+4k)內部集成的數(shù)據(jù)RAM和64k字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲器。C8051F040是C8051F04X系列單片機中一種。其特性如下： （1）高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核 （2）控制器局域網(wǎng)控制器，有32個消息對象，每個消息對象有自己的標識 （3）全速、非侵入式的系統(tǒng)調試接口 （4）真正12位、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關 （5）允許高電壓差分放大器輸入到12/10位ADC，增益可編程 （6）真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關 （7）兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式 （8）64KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器 （9）4352字節(jié)的片內RAM （10）可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口 （11）硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/12C和兩個UART串行接口 （12）5個通用的16位定時器 （13）具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列 （14）片內看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器 具有片內VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F040MCU是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。另外，µC/OS-Ⅱ的運行平臺需要一定的條件如下： （1）由與µC/OS-Ⅱ主要是由C語言編寫的，所以要求所選CPU的C編譯器能夠產生可重入的代碼。 （2）所用C語言提供對中斷控制的方法。 （3）所用CPU支持中斷，并且能夠產生定時中斷，以便實現(xiàn)任務的切換； （4）所用CPU支持具有足夠深度的硬件堆棧； （5）所用CPU的指令系統(tǒng)中，應含有可將堆棧指針和其他CPU寄存器的內容入棧/出棧，或寫入/讀出內存的指令。 由此可見，C8051F040是適合實時操作系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ的移植的。選擇C8051F040單片機是正確的。 4.2 µC/OS-Ⅱ移植內容 開發(fā)環(huán)境選用Keil集成開發(fā)環(huán)境，它支持C8051F040單片機，并且具有很高的編譯效率，目標板是基于C8051F040的系統(tǒng)。C8051F040單片機有JTAG接口，通過Keil開發(fā)環(huán)境與目標板進行在系統(tǒng)編程和非侵入式的全速、在系統(tǒng)調試。由µC/OS-Ⅱ的軟件體系結構如圖4.1可知，進行µC/OS-Ⅱ的移植只需要修改與硬件有關的OS_CPU．H、OS_CPU_C．C、OS_CPU_A．ASM三個文件。但是Keil編譯器的缺省編譯的函數(shù)是不具有可重入性，而系統(tǒng)的多任務必須要求具有可重人性，因此必須對在多任務時調用的所有函數(shù)后面都加上reentrant關鍵字，告訴編譯器該函數(shù)具有可重人性。下面將論述對與硬件相關的三個文件的修改。 要將µc/OS-Ⅱ移植到一個新的硬件平臺上，應該了解µc/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的總體結構。 圖 4-1 µc/OS-Ⅱ體系結構示意圖 4.2.1 OS_CPU．H頭文件的修改 OS_CPU.H 文件中包含與處理器相關的常量，宏和結構體的定義。由于不同的處理器有不同的字長，µC/OS-Ⅱ的移植需要重新定義一系列的數(shù)據(jù)結構。需要改動部分主要是有三點： 1、C8051F單片機的數(shù)據(jù)字節(jié)是8位，故堆棧的數(shù)據(jù)類型OS-STK定義為8位。修改如下： typedef unsigned char OS-STK； 2、C8051F單片機的堆棧指針SP的生長是從低字節(jié)到高字節(jié)，也就是從下往上增長，因此應這樣修改： #define OS-STK-GROWTH 0； 3、采用的關中斷的方式是，先將中斷禁止狀態(tài)保存到堆棧中，然后禁止中斷。所以開關中斷應修改如下： #define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0 //關中斷 #define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1 //開中斷 4、µC/OS-Ⅱ在8051上的移植采用程序調用代替，和在8086上的堆棧格式相同： #define OS_TASK_SW() OSCtXSW()； 4.2.2 OS_CPU_A．ASM匯編文件的修改 µC/OS-Ⅱ的移植需要用戶改寫OS_CPU_A.ASM中的四個函數(shù)： （1）OSStartHighRdy() （2）OSCtxSw() （3）OSIntCtxSw() （4）OSTickISR() 該文件主要包括任務切換的處理和系統(tǒng)時鐘的定時，主要的子程序函數(shù)有OSStartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()和OSTickISR()。 因為匯編子程序將被C函數(shù)所調用，因此，匯編程序的編寫必須遵循Keil C函數(shù)和匯編子程序的調用規(guī)則。當µC/OS-Ⅱ啟動多任務時，必須調用OS- StartHighRdy()函數(shù)使處于最高優(yōu)先級的任務處于就緒態(tài)并且開始運行。 OSStartHighRdy()函數(shù)從處于最高優(yōu)先級任務的TCB獲得該任務的任務堆棧指針，從該堆棧中恢復所有的寄存器內容，并把OSRunning置為TRUE后返回執(zhí)行該任務。系統(tǒng)直接進行任務切換或者應用程序通過處理器軟件陷阱指令執(zhí)行時，系統(tǒng)將通過調用OSC-txSw()函數(shù)完成上下文的切換。 該函數(shù)完成的操作是：將通用寄存器壓人硬件堆棧，從當前任務的TCB獲得該任務的任務堆棧指針，把當前硬件堆棧里的內容全部保存到任務堆棧中，同時保存仿真堆棧指針?C-XBP的值，接著把等待任務中最高優(yōu)先級的任務置為當前任務，最后執(zhí)行OSStartHigh-Rdy()函數(shù)相同的操作。系統(tǒng)每次中斷執(zhí)行中斷服務子程序后，如果沒有更高優(yōu)先級的等待任務就返回，否則執(zhí)行中斷任務切換函數(shù)OSIntCtxSw()。該函數(shù)跟OSCtxSw()函數(shù)相似，只是由于是從中斷服務子程序中進入的，必須在開始調整堆棧指針SP，去掉在調用OSIntExit()，OSIntCtxSw()過程中壓人堆棧的多余內容。 因為µC/OS-Ⅱ的系統(tǒng)調度和系統(tǒng)定時都是由系統(tǒng)節(jié)拍決定的，因此需要提供周期性的系統(tǒng)時鐘信號，µC/OS-Ⅱ建議使用10ms～200ms的系統(tǒng)時鐘。由于系統(tǒng)在每一個節(jié)拍都要檢查是否由高優(yōu)先級的任務在等待，如果有就進行系統(tǒng)的任務切換，這樣當每個時鐘周期越短，系統(tǒng)的任務切換就越頻繁，CPU的負荷就越重，從而引起系統(tǒng)不能正常工作。相反，當時鐘周期越長，任務切換的頻率越低，導致不能充分應用CPU，任務的響應時間變長。所以要根據(jù)系統(tǒng)負荷的大小合理的確定系統(tǒng)時鐘，在這里采用定時器0作為產生20ms的系統(tǒng)定時，系統(tǒng)定時是一個中斷服務子程序。該中斷服務子程序是OSTicklSR()函數(shù)，當定時器0發(fā)生中斷時進入中斷服務子程序。 如圖4.2可知，任務堆棧中保存的仿真堆棧與系統(tǒng)硬件堆棧相向生長，中間為空閑間隔，顯然µC/OS-Ⅱ原型提供的堆棧檢測函數(shù)OSTaskStrChk（）將失效。 因為所有任務堆棧使用相同大小的空間，所以占用空間最大的任務函數(shù)的空間大小為防真堆棧的空間大小。這里將任務堆棧空間大小用宏定義在OS_CFG.H文件中，可以根據(jù)實際情況作以下修改。 圖4-2 堆棧結構圖 （1）OSCtxSw（），該函數(shù)完成的是任務級切換工作，其目的是為了保證處理器永遠運行就緒表中優(yōu)先級最高的任務。 Void OSCtxSw（void） ﹛ 通過自定義的宏操作PUSHALL，將寄存器R0-R7、DRH、DPL、B、ACC和PSW保存草硬件堆棧中；得到硬件堆棧長度=SP-#OSStkStart； 根據(jù)長度值將內容通過字節(jié)拷貝的方式復制到當前任務堆棧中，同時將仿真指針？C_XBP的值也復制到任務堆棧中； 調用用戶定義函數(shù)OSTaskSwHook（）； OSTCBCur=OSTCBHighRy； OSPrioCur=OSPrioHighRy； 通過變量OSTCBCur->OSTCBStkPtr獲得要恢復的任務的任務堆棧指針； 將任務堆棧中內容復制到硬件堆棧中，恢復SP和？C_XBP的值； 執(zhí)行宏操作POPALL恢復處理器寄存器的值； 執(zhí)行中斷返回指令RETI； ﹜ （2）OSStartHighRdy（），該函數(shù)是由操作系統(tǒng)啟動函數(shù)OSStart（）調用的，功能是使系統(tǒng)能即使運行優(yōu)先級最高的就緒任務。對C8051F040而言，處理如下： Void OSStarHighRdy（void） ﹛ 調用用戶可自定義的函數(shù)OSTashSWHook（）； 獲取任務堆棧指針：任務堆棧指針=OSTCBH個時Rdy->OSTCBSskPtr； 要恢復內容的長度=任務堆棧起駛地址中存放的內容； 根據(jù)長度，通過字節(jié)拷貝將內容復制到系統(tǒng)idata空間中的硬件堆棧內； 恢復硬件堆棧指針SP和？C_XBP的值； OSRunning=TRUE； 對硬件堆棧執(zhí)行自定義的宏操作PUSHALL，恢復寄存器R0-R7、DRH、DPL、B、ACC和PSW 執(zhí)行中斷返回指令RETI； ﹜ （3）OSIntCtxSw（），與OSCtxSw（）相比較，OSIntCtxSw（）也是執(zhí)行任務切換的，但它是在中斷服務程序中執(zhí)行的。修改如下： Void OSIntCtxSw（void） ﹛ 調整硬件堆棧指針SP的值；SP=SP-4； 將當前硬件堆棧中的所有內容以及變量？C_XBP都復制到當前任務的任務堆棧中； 調用用戶可定義的函數(shù)OSTaskSwHook（）； OSTCBCur=OSTCH個時Ry； OSPrioCur=OSPrioHighRy； 通過變量OSTCBCur->OSTCBStkPtr獲得要恢復的任務的任務堆棧