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嵌入式实时操作系统μC/OS-II在P89V51RD2中的移植

来源:世界电子元器件/作者:哈尔滨理工大学测控技术及通信工程学院 童子权 唐亚洲?? 2007年10月09日 ?? 收藏0

  引言

  自嵌入式系统开发以来,很长时间都采用前后台系统软件设计模式:主程序为一个无限循环,单任务顺序执行。通过设置一个或多个中断来处理异步事件。

  这种系统对于简单的应用是可以的,但对于实时性要求比较高的、处理任务较多的应用,就会暴露出实时性差、系统可靠性低、稳定性差等缺点。

  μC/OS-II 是一种基于优先级的抢占式多 任务实时操作系统, 包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步(信号量,邮箱,消息 队列)和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作,互不干涉,很容易实现准时而且无误执行,使实时应用程序的设计和扩展变得容易,使应用程序的设计过程大为减化。而且它内核源代码公开,可移植性强,为编程人员提供了很好的一个软件平台。通过μC/OS-II在P89V51RD2 上的移植,可以掌握移植和测试μC/OS-II 的实质内容,很容易将其移植到其它的CPU平台上。

  μC/OS-II 介绍

  μC /OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核。μC/OS-II绝大部分的代码是用ANSI的C语言编写的,包含一小部 分汇编代码,

使之可供不同架构的微处理器使用。至今,从8位到6 4位,μC/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。μC/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用,包括很 多领域, 如 手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制 上。实际上,μC/OS-II已经通过了非常严格的 测试,并且得到了美国航空管 理局(Federal Aviation Administration)的认证,可以用在飞行器上。这说明μC/OS-II是稳定可靠的,可用于与人性命攸关的安全紧要(safety critical)系统。除此以外,μC/OS-II 的鲜明特点就是源码公开,便于移植和维护。

  μC/OS-II 内核结构

  多任务系统中,内核负责管理各个任务 ,或者说为每个任务分配CPU 时间 ,并且负责任务之间的通讯。内核提供的基本服务是任务切换。 μC/OS-II可以管理多达64个任务。由于它的作者占用和保留了8个任务,所以留给用户应用程序最多 可有56个任务。赋予各个任务的优先级必须是不相同的。这意味着μC/OS-II不支持时间片轮转调度法 (round-robin scheduli ng)。μC/OS-II为每个任务设置独立的 堆栈空间,可以快速实现任务切换 。μC/OS-II近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态,为了保证这一点,它在调用系统API 函数、中断结束、定时中断结束时总是执行调度算法,μC/OS-II通过事先计算好数据简化了运算量,通过精心设计就绪表结构使得延时可预知。

  P89V51RD2 微处理器介绍

  P89V51RD2是Philips公司生产的一款80C51微控制器,包含64KB Flash和1024字节的数据RAM。P89V51RD2的典型特性是它的X2方式选项。利用该特性,设计者可使应用程序以传统的80C51时钟频率(每个机器周期包含12个时钟)或X2 方式(每个机器周期包含6个时钟)的时钟频率运行,选择X2方式可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半来保持特性不变,这 样可以极大地降低EMI。Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程(ISP),ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程。应用固件的 产生/更新能力实现了ISP的大范围应用。 5V的工作电压,操作频率为0~40MHz。P89V51RD2的资源和ISP的功能使得它很适合用来做μC/OS-II的移植调试。并不需要购买仿真器和编程器等额外投资。

  μC/OS-II 的移植

  移植就是使μC/OS-II能在P89V51RD2上运行。为了方便移植,大部分的μC/OS-II的代码是用C语言编写的;但是仍需要用C语言和汇编语言编写一些处理器硬件相关的代码,这是因为μC/OS-II在读/写处理器寄存器时,只能通过汇编语言来实现。由于μC/OS-II在设计时就已经充分考虑了可移植性,所以μC/OS-II的移植相对来说是比较容易的。

  硬件平台构成

  由于P89V51RD2是一款80C51微控制器,片内包含了64KB的FLASH程序存储器,并且支持串行在线编程(ISP)。使它在ROM空间上很适合做μC/OS-II的移植。但是它片内RAM空间很有限,只有1KB,不能满足μC/OS-II对RAM的要求。但是由于P89V51RD2可以扩展RAM空间,使这一问题得以解决。我们为它扩展了一片32KB的RAM来构成移植μC/OS-II的硬件平台。这样P89V51RD2就满足了移植μC/OS-II的所有要求。


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