uCOS II嵌入式系統在C8051F060上的應用

    隨著集成電路的高速發展和CMOS工藝水平的不斷提高，系統級晶元SOC已經開始成為設計的主流。C8051F060單片機由美國Cygnal公司設計並製造，是一款完全集成的混合信號片上系統SOC，具有與MCS51內核及指令集完全相同的微控制器。在傳統的單片機開發工作中，經常遇到程序跑飛或是陷入死循環，尤其是其中牽扯到複雜的計算，只有耗費大量時間來慢慢分析。如果在系統中嵌入uCOS II實時操作系統，將使得調試程序變得簡單，並大大增強系統的穩定性和可靠性。

1 uCOS II系統在C8051F060上的應用
    要應用uCOS II系統，首先要做的就是在C8051F060上移植該系統；其次，在運行穩定正常的系統上進行開發。另外，還需要一個面向C8051F060的C編譯器作為系統工作的環境。筆者使用的是Keil軟體公司的Keil uVision3 V8.09，支持C和彙編混合編程。

1.1在C8051F060上移植uCOS II系統
    移植的主要工作就是以C8051F060為處理器.修改與C8051F060相關的幾個文件
(1)修改INCLUDES.H文件
   對於C8051F060.筆者在INCLUDES.H中增加的頭文件放在頭文件列表的最後：
#include "os_cpu.h"
#include "os_cfg.h"
#include "ucos_ii.h"
(2)修改OS CPU.H文件
    為確保C8051F060系統在KEIL環境下正常運行.在OS_CPU.H重新定義了一系列與C8051F060和KEIL編譯器相關的數據結構、宏和常數。

1.  重新定義的數據結構中要特別注意的是，
   C8051F060單片機中堆棧是按位元組操作的，堆棧數據類型OS_STK聲明為8位：
   typedef unsigned char OS_STK; /*定義堆棧寬度為8位*/
   typedef unsigned char OS_CPU_SR;
2. C8051F060單片機中，堆棧是從低地址向高地址增長的，所以OS_STK_GROWTH =0
3.  臨界段的宏的設置利用C8051F060單片機的開中斷和關中斷指令來實現：
   #define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0
   #define OS_EXIT CRITICAL()  EA=1
4.  OS_TASK_SW() 函數的定義：#define Os_TASK_SW() OSCtxSw()

(3)修改OS_CPU_A.ASM文件
    用戶需要編寫4個函數的代碼：OSSTartHihgRdv()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。另外，由於C8051F060在內部RAM上有所欠缺.需要利用外部程序存儲空間作任務堆棧映像。函數代碼實現方法如下：
①編寫OSSTartHihgRdy()函數
    獲得將要恢復運行的就緒任務的堆棧映像的最低地址，並計算出堆棧長度，然後向系統堆棧複製數據、堆棧指針SP和堆棧映像指針?C_XBP，最後利用中斷返回。
②編寫OSCtxSw()函數
   先從當前任務的TCB控制塊中獲得當前任務堆棧長度和堆棧映像指針，然後將系統堆棧的內容複製到任務堆棧映像，最後獲得將要恢復運行的就緒任務的TCB，程序跳至OSSTartHihgRdy()函數的入口，實現任務的切換。
③編寫OSIntCtxSw()函數
   OSIntCtxSw()函數代碼大部分與OSCtxSw()相同，不同之處在於：

1. 此處不需要再保存C8051F060寄存器；
2. 需要調整堆棧指針(SP=SP-4)，去掉在調用OSIntExit()，OSIntCtxSw()中壓入堆棧中的多餘的內容，以使堆棧中只包含任務的運行環境。

④編寫OSTickISR()函數
    用定時器0作中斷源.初始化定時器0使系統每秒中斷100次，節拍率Tick=100次/秒。

(4)修改OS_CPU_C.C文件 。
    編寫OSTaskStkInit()函數用來初始化堆棧。需要注意的是。筆者所用的KEIL編譯環境中，任務參數是通過寄存器R3、R2、R1傳遞，而不是通過虛擬堆棧傳遞。如：
*stk++=(INT16U)dpdata&0xFF; //R1
*stk++=(INT16U)dpdata>>8; //R2
*stk++=0x03; //R3

1.2 系統測試
    uCOS II系統移植完成以後，需要檢驗系統是否能運行正常。筆者參考了uCOS II系統的作者的測試方法進行了3個步驟的測試：

1.  驗證OSTaskStkInit()和OSStartHighRdy()函數;
2.  驗證OSCtxSw()函數;
3.  驗證OSIntCtxSw()和OSTickISR()函數。

測試結果，系統在C8051F060上運行正常。

1.3 以C8051F060單片機為應用平台的uCOS II系統的開發
    uCOS II系統穩定正常的運行以後，就可以依此為應用平台進行項目開發。
    有著豐富資源的C8051F060單片機是比較新的混合信號片上系統SOC，從它的主要特性中可以看出，在滿足較大的外圍電路設計的同時，能大大簡化電路。筆者所用的硬體環境是新華龍公司生產的C8051F MCU教學實驗系統，該系統上面集成了各類感測器、RS-485和RS232串列通訊口、步進電機和直流電機控制器以及RJ-45乙太網測控介面，整個系統利用串列適配器與PC進行連接。
    在軟體設計中，主函數均以OSInit()函數開始,以OSStart()函數結束,中間部分為與硬體相關的系統初始化函數,以及建立任務的函數。對於應用程序的任務的建立,必須依照uCOS II系統中建立任務的格式,根據自己的需求來確定任務的個數,並且根據任務的重要程度和被調用的頻率來設置好優先順序,創建好任務后,在主函數外面分別列出各個任務函數,每個任務函數都是一個無限循環程序,在無限循環中調用實現某些功能的應用程序函數,然後按設計的需求設置掛起方式和掛起時間。中斷服務子程序最好用彙編語言編寫，並放入OS_CPU_A.ASM文件中。而C語言編寫的應用程序則放在OS_CPU_C.C文件中，這些函數供主函數和任務調用。
    軟體設計好后，就可以和硬體連接起來進行調試了。

2 結語
    uCOS II實時操作系統的應用日益廣泛，處理器嵌入操作系統系統進行開發也成必然趨勢，並能充分體現其優越性。筆者已經成功的將uCOS II系統移植到C8051F060單片機上，並成功運用到多功能電子萬年曆的設計中，使得萬年曆系統更加穩定可靠，取得了預期效果。