随着信息社会的发展,信息家电、智能仪表和智能安保系统等产品已经越来越多地出现在人们的生活中。可以预见,为了满足人们对舒适、便捷、安全生活环境的需求,嵌入式信息产品的设计、应用将得到快速发展。
单片机作为嵌入式信息产品的一个重要应用方面,其使用、设计面临着全新的挑战。一方面,人们对嵌入式产品的要求越来越高,稳定可靠、功能丰富、物美价廉的信息产品将成为人们的首选。另一方面,随着微电子工艺水平的发展,单片机处理器的能力不断提高,从最初的8位单片机到16位,进而32位单片机,功能越来越强大,执行速度越来越快,集成度、精确度也越来越高,应用领域进一步拓宽。可以说,单片机芯片的性能已经能够满足现代人们对嵌入式信息产品的更高要求。为了能将二者有效地结合起来,嵌入式RTOS的软件设计方法也取代了以前的前后台(超循环)设计方法,越来越受到重视和应用。
正如分时操作系统中Linux的出现打破了Windows一统天下的局面一样,由美国Jean J.Labrosse先生设计和编写的uC/OS-II(Micro C OS 2)的出现也给国内的RTOS应用者带来了惊喜。uC/OS-II的最大优点与Linux相同,即其源代码全部公开,使人们在应用它的同时能清楚地了解内部的实现细节,并且能够根据自己的需求进行移植和修改。特别重要的是uC/OS-II经过8年的发展,已经成功地在多个行业得到应用,保证了实用性和可靠性。它的出现改变了以前人们在使用RTOS时的态度,减少了经济上的顾虑,对于国内RTOS的研究、推广、应用将起到重要的推动作用。uC/OS-II采用微内核设计,使用C语言编写,追求灵活性,可配置、可裁剪、可扩充、移植性强。需要强调的是 uC/OS-II严格采用优先级抢占式调度方案。在创建任务时,根据任务的重要性给每个任务分配不同的优先级。任务调度时,先执行高优先级的任务,然后按照优先级由高到低执行任务。如果在某个任务执行中,激发了一个优先级更高的任务,那么在该任务执行结束后,将由任务调度器调度去执行所激发的高优先级任务,而不是顺序执行。
下面就uC/OS-II在TI公司生产的MSP430F148芯片上的移植和应用来探讨在单片机上实现RTOS可能遇到的一些问题。
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首先,单片机芯片必须有一个通用寄存器和相应的指令能够模仿堆栈指针SP的功能,即能实现软堆栈。在MSP430系列单片机中有以下指令可以仿真SP的功能(把R4作为中断堆栈指针使用):
MOV @R4+,SP ;将R4所指向地址中的内容存入SP;中,同时R4中内容加2
MOV SP,0(R4) ;将SP中的内容存入R4所指向的地址中
MOV @R4+,PC ;将R4所指向地址中的内容存入PC;中,同时R4中内容加2
其次,作为模拟中断堆栈指针的寄存器R4,必须在中断之外的任何情况下不被使用。因为,此时的R4必须时刻保持在中断堆栈的顶部,如果改变它的值,就会改变中断堆栈的结构。一般这个要求是由所使用的编译器来保证的,在我们所使用的IAR编译器中,有一个选项可以避免使用R4和/或R5。
具体设计时,我们在uC/OS-II每个任务的TCB(任务控制块)结构中加入以下几项:
TSP--任务堆栈指针。发生中断后,指向该任务的任务堆栈的顶部。
ISP--中断堆栈指针。如果在中断中发生任务切换,指向该任务在中断堆栈所保存状态的顶部。
FromInt标志--是否来自中断标志。用来判断该任务的状态是保存在中断堆栈中(为1),还是保存在任务堆栈中(为0)。
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