本文詳細(xì)介紹了把μC/OS-Ⅱ移植到ATMEL公司的8位微控制器ATmega128上的全過程。所謂移植，就是使一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核能在

    某個(gè)微處理器或微控制器上運(yùn)行。在移植之前，希望讀者能熟悉所用微處理器和C編譯器的特點(diǎn)。

1 ATmega128的內(nèi)核特點(diǎn)

    之所以要先介紹ATmega128 MCU內(nèi)核特點(diǎn)，是因?yàn)樵?mu;C/OS-Ⅱ的移植過程中，仍需要用戶用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫一些與微 
處理器相關(guān)的代碼。這里主要介紹ATmega128與μC/OS-Ⅱ移植相關(guān)的內(nèi)核特點(diǎn)。如果讀者已經(jīng)對(duì)ATmega128 比較了解了，
那就不必閱讀這一部分了。

1.1微控制器 （MCU）

    ATmega128的MCU包括一個(gè)算術(shù)邏輯單元（ALU），一個(gè)狀態(tài)寄存器（SREG），一個(gè)通用工作寄存器組和一個(gè)堆棧指針。狀態(tài)
寄存器（SREG）的位I是全局中斷允許位。如果全局中斷允許位為零，則所有中斷都被禁止。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)一個(gè)中斷后，I位將由硬件自動(dòng)清“0”；當(dāng)執(zhí)行中斷返回（RETI）指令時(shí)，I位由硬件自動(dòng)置“1” ，從而允許系統(tǒng)再次響應(yīng)下一個(gè)中斷請(qǐng)求。

    通用工作寄存器組是由32個(gè)8位的通用工作寄存器組成。其中R26～R31這6個(gè)寄存器還可以兩兩合并為3個(gè)16位的間接
地址寄存器。這些寄存器可以用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間進(jìn)行間接尋址。這3個(gè)間接地址寄存器的名稱為：X寄存器、Y寄存器、Z
寄存器。其中Z寄存器還能用作對(duì)程序存儲(chǔ)空間進(jìn)行間接尋址的寄存器。有些AVR C語(yǔ)言編譯器還把Y寄存器作為軟件堆棧的
堆棧指針，比如ICC- AVR，CodevisionAVR。

    堆棧指針（SP）是一個(gè)指示堆棧頂部地址的16位寄存器。在ICCAVR中，它被用作指向硬件堆棧的堆棧指針。AVR單片
機(jī)上電復(fù)位后，SP指針的初始值為0x0000，由于AVR單片機(jī)的堆棧是向下生長(zhǎng)的（從高地址向低地址生長(zhǎng)），所以系統(tǒng)程序
一開始必須對(duì)堆棧指針SP進(jìn)行初始化，即將SP的值設(shè)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址。ICCAVR編譯器在鏈接C程序文件的時(shí) 候，會(huì)自動(dòng)在程序頭鏈入startup文件。startup文件里面的程序?qū)?huì)去做初始化SP指針的工作。鏈入startup文件是ICCAVR 這個(gè)編譯器的特點(diǎn)，在用其它編譯器的時(shí)候，希望讀者確認(rèn)所使用的編譯器是否帶有自動(dòng)初始化SP的功能，若沒有，應(yīng)在 用戶程序中初始化SP。

1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（僅內(nèi)部）

    AVR單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是線形的，從低地址到高地址依次是CPU寄存器區(qū)（32個(gè)通用寄存器），I/O寄存器區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 

    ICCAVR編譯器又將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)劃分為全局變量和字符串區(qū)，軟件堆棧區(qū)和硬件堆棧區(qū)三個(gè)空間。

高地址
硬件堆棧區(qū)
軟件堆棧區(qū)
全局變量和字符串區(qū)
I/O寄存器區(qū)
CPU寄存器區(qū)
低地址

    ICCAVR編譯器將堆棧分成了兩個(gè)功能不同的堆棧來(lái)處理（這一點(diǎn)與8051系列的單片機(jī)編譯器處理方式不同）。硬件堆棧用于儲(chǔ)存子程序和中斷服務(wù)子程序調(diào)用時(shí)的函數(shù)返回地址。這塊數(shù)據(jù)區(qū)域由堆棧指針SP進(jìn)行尋址，數(shù)據(jù)的進(jìn)棧和出棧有專門的匯編指令（pop，push等）支持，所以叫做硬件堆棧區(qū)。軟件堆棧用于傳遞參數(shù)，儲(chǔ)存臨時(shí)變量和局部變量。這塊數(shù)據(jù)區(qū)域是用軟件模擬堆棧儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)該區(qū)域?qū)ぶ返闹羔樣捎脩糇约憾x，所以叫做軟件堆棧區(qū)。AVR單片機(jī)的硬件堆棧的生長(zhǎng)方向是向下的（從高地址向低地址生長(zhǎng)），所以軟件堆棧在定義的時(shí)候，也采取相同的 生長(zhǎng)方向。

    這里沒有用ATmega128而采用AVR單片機(jī)的提法是因?yàn)锳Tmega128屬于AVR系列單片機(jī)中的一種，而所有的AVR單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組織方式都是一致的。在創(chuàng)建μC/OS-Ⅱ的任務(wù)棧時(shí)，需要了解所用微處理器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間尤其是堆棧空間的組 形式及相關(guān)的操作。讀者應(yīng)參閱所用微處理器的資料和編譯器的幫助文檔，了解該部分知 識(shí)。

1.3 ATmega128的中斷響應(yīng)機(jī)制

    ATmega128有34個(gè)不同的中斷源，每個(gè)中斷源和系統(tǒng)復(fù)位在程序存儲(chǔ)空間都有一個(gè)獨(dú)立的中斷向量（中斷入口地址）
。每個(gè)中斷源都有各自獨(dú)立的中斷允許控制位，當(dāng)某個(gè)中斷源的中斷允許控制位為“1”且全局中斷允許位I也為“1”時(shí)，
系統(tǒng)才響應(yīng)該中斷。

    當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求后，會(huì)自動(dòng)將全局中斷允許位I清零，此時(shí)，后續(xù)中斷響應(yīng)被屏蔽。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行中斷返回指令RETI時(shí)，會(huì)將全局中斷允許位I置“1”，以允許響應(yīng)下一個(gè)中斷。若用戶想實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，必須在中斷服務(wù)子程序中將全局中斷允許位I置“1”。（這一點(diǎn)與8051系列的單片機(jī)不同）中斷向量表中，處于低地址的中斷具有高的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)高只是表明在多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生的時(shí)候，系統(tǒng)先響應(yīng)優(yōu) 先級(jí)高的中斷，并不含有高優(yōu)先級(jí)的中斷能打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷處理工程的意思。這與8051系列單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)概念
不同。

    由于μC/OS-Ⅱ的任務(wù)切換實(shí)際上是模擬一次中斷，因此需要知道CPU的中斷響應(yīng)機(jī)制。中斷發(fā)生時(shí),ATmega128按以下
步驟順序執(zhí)行：

A. 全局中斷允許位I清零。
B. 將指向下一條指令的PC值壓入堆棧，同時(shí)堆棧指針SP減2。
C. 選擇優(yōu)先級(jí)的中斷向量裝入PC，程序從此地址繼續(xù)執(zhí)行中斷處理。
D. 當(dāng)執(zhí)行中斷處理時(shí)，中斷源的中斷允許控制位清零。

    中斷結(jié)束后，執(zhí)行RETI指令，此時(shí)
A. 全局中斷允許位I置“1”。
B. PC從堆棧推出，程序從被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。

    特別要注意的是：AVR單片機(jī)在響應(yīng)中斷及從中斷返回時(shí)，并不會(huì)對(duì)狀態(tài)寄存器SREG和通用寄存器自動(dòng)進(jìn)行保存和恢復(fù)操作
，因此，對(duì)狀態(tài)寄存器SREG和通用寄存器的中斷保護(hù)工作必須由用戶來(lái)完成。

1.4 ATmega128的定時(shí)器中斷

    ATmega128有三個(gè)定時(shí)器：T0,T1,T2；它們?nèi)叨加杏?jì)數(shù)溢出中斷功能,而且T1和T2還有匹配比較中斷，即定時(shí)器計(jì)數(shù)
到設(shè)定的值時(shí)，產(chǎn)生中斷并自動(dòng)清零。若系統(tǒng)采用這種中斷方式，其好處是在中斷服務(wù)程序ISR中不需要重新裝載定時(shí)器的
值。但本文出于通用性的考慮，仍采用定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出中斷方式

2 μC/OS-Ⅱ的移植

2.1移植條件

     要實(shí)現(xiàn)μC/OS-Ⅱ的移植，所用的處理器和編譯器必須滿足一定的條件：

(1) 所用的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼。

    可重入代碼是指可以被一個(gè)以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心其數(shù)據(jù)會(huì)被破壞的代碼。可重入代碼任何時(shí)候都可以被中斷，一
段時(shí)間以后又可以重新運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不可重入代碼則不行。本文所使用ImageCraft公司的ICCAVR V6.29
編譯器能產(chǎn)生可重入代碼。

（2） 用C語(yǔ)言就可以打開和關(guān)閉中斷。
    本文所使用的ICCAVR V6.29編譯器支持在C語(yǔ)言中內(nèi)嵌匯編語(yǔ)句且提供專門開關(guān)中斷的宏：CLI()和SEI()。這樣，使得在C
語(yǔ)言中開關(guān)中斷非常方便。

（3） 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷（通常在10至100Hz之間）本文使用的ATmega128，有3個(gè)定時(shí)器，能產(chǎn)生μC/OS-Ⅱ
所需的定時(shí)中斷。

（4） 處理器支持能夠容納一定數(shù)量數(shù)據(jù)的硬件堆棧。本文使用的ATmega128有4K RAM，硬件堆棧可以開辟在這4K RAM中。

（5） 處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器從內(nèi)存中讀出和存儲(chǔ)到堆棧或內(nèi)存中的指令。一般的單片機(jī)都滿足這個(gè)要求(

    如PUSH、POP指令)，且ATmega128還具有直接訪問I/O寄存器的指令（IN、OUT等），它比8051系列的單片機(jī)更容易實(shí)現(xiàn)上述

要求。

2.2移植的實(shí)現(xiàn)

μC/OS-Ⅱ的移植工作包括以下幾個(gè)內(nèi)容：
用typedef聲明與編譯器相關(guān)的10個(gè)數(shù)據(jù)類型(OS_CPU.H)
用#define設(shè)置一個(gè)常量的值(OS_CPU.H)
#define聲明三個(gè)宏(OS_CPU.H)
用C語(yǔ)言編寫六個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)(OS_CPU_C.C)
編寫四個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)(OS_CPU_A.S)
根據(jù)這幾項(xiàng)內(nèi)容，本文逐步來(lái)完成。

2.2.1 INCLUDES.H文件

    是主頭文件，在所有后綴名為.C的文件的開始都包含INCLUDES.H文件。使用INCLUDES.H的好處是所有的.C文件都只包含一
個(gè)頭文件，簡(jiǎn)潔，可讀性強(qiáng)。缺點(diǎn)是.C文件可能會(huì)包含一些它并不需要的頭文件，增加編譯時(shí)間。我們是以增加編譯時(shí)間
為代價(jià)來(lái)?yè)Q取程序的可移植性的。用戶可以改寫INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。

程序清單L2.2.1 INCLUDES.H.
#include <iom128v.h> // ATmega128的寄存器頭文件
#include <macros.h> // ICCAVR的宏
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h> //一些C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

/*
***************************************************************************
* μC/OS-Ⅱ 頭文件
***************************************************************************
*/
#include "G:\Porting\ICCAVR\porting12_8\ATmega128\os_cpu.h"
#include "G:\Porting\ICCAVR\Porting12_8\EX1_mega128\os_cfg.h"
#include "G:\Porting\ICCAVR\Porting12_8\SOURCE\ucos_ii.h"
    要注意，μC/OS-Ⅱ 的3個(gè)頭文件的先后順序是：os_cpu.h，os_cfg.h是ucos_ii.h。

2.2.2 OS_CPU.H文件

    OS_CPU.H包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。其中需要注意以下三點(diǎn)：
一是堆棧的生長(zhǎng)方向。正如前面所述，ATmega128的堆棧生長(zhǎng)方向是向下生長(zhǎng)，即從高地址到低地址，因此，OS_STK_GROWT
H要被定義為1。

    二是進(jìn)入臨界代碼段(critical code section)的方法。μC/OS-II提供了三種進(jìn)入臨界代碼段的方法,種方法是直接對(duì)
中斷允許位置1或清零，即進(jìn)入臨界代碼段時(shí)，把中斷允許位清零，退出臨界代碼段時(shí)，把中斷允許位置1；第二種方法是進(jìn)入臨界代碼段時(shí)，先將中斷狀態(tài)保存到堆棧中，然后關(guān)閉中斷。與之對(duì)應(yīng)的是，退出臨界代碼段時(shí)，從堆棧中恢復(fù)前面保存的中斷狀態(tài)。第三種方法是，由于某些編譯提供了擴(kuò)展功能，用戶可以得到當(dāng)前處理器狀態(tài)字的值，并將其保存在C函的局部變量之中。這個(gè)變量可用于恢復(fù)狀態(tài)寄存器SREG的值。由于ICCAVR不提供此項(xiàng)擴(kuò)展功能，所以本文暫不考慮用第    三種方法進(jìn)入臨界代碼段。種方法存在著一個(gè)小小的問題：如果在關(guān)閉中斷后調(diào)用μC/OS-II的功能函數(shù)，當(dāng)函數(shù)返 回后，中斷可能會(huì)被打開。我們希望如果在調(diào)用μC/OS-II的功能函數(shù)前，中斷是關(guān)著的，那么在函數(shù)返回后，中斷仍然是關(guān)著的。方法1顯然不滿足要求。本文使用μC/OS-II的第二種方法——先將中斷狀態(tài)保存到堆棧中，然后關(guān)閉中斷。

    三是任務(wù)切換函數(shù)OS_TASK_SW( )是個(gè)宏，具體的實(shí)現(xiàn)是在OSCtxSw( )（OS_CPU_A.S）中
程序清單L 2.2.2 OS_CPU.H.
#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif
/*
**************************************************************************
* 數(shù)據(jù)類型
* (與編譯器相關(guān)的內(nèi)容)
*************************************************************************
*/
typedef unsigned char BOOLEAN;
typedef unsigned char INT8U; // 無(wú)符號(hào)8位數(shù)
typedef signed char INT8S; // 帶符號(hào)8位數(shù)
typedef unsigned int INT16U; // 無(wú)符號(hào)16位數(shù)
typedef signed int INT16S; // 帶符號(hào)16位數(shù)
typedef unsigned long INT32U; // 無(wú)符號(hào)32位數(shù)
typedef signed long INT32S; // 帶符號(hào)32位數(shù)
typedef float FP32; // 單精度浮點(diǎn)數(shù)

typedef unsigned char OS_STK; // 堆棧入口寬度為8位
typedef unsigned char OS_CPU_SR; // 定義狀態(tài)寄存器為8位
/*
*************************************************************************
*
*方法 #1: 用簡(jiǎn)單指令開關(guān)中斷。
* 注意，用方法1關(guān)閉中斷，從調(diào)用函數(shù)返回后中斷會(huì)重新打開！
* 方法 #2: 關(guān)中斷前保存中斷被關(guān)閉的狀態(tài).
*
*************************************************************************
*/
#define OS_CRITICAL_METHOD 2

#if OS_CRITICAL_METHOD == 1
#define OS_ENTER_CRITICAL() _CLI() // 關(guān)閉中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() _SEI() // 打開中斷
#endif

#if OS_CRITICAL_METHOD == 2
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm("st -y,r16\n in r16,0x3F\n cli\n push r16\n
ld r16,y+"); // 關(guān)閉中斷
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm("st -y,r16\n pop r16\n out 0x3F,r16\n ld
r16,y+"); // 打開中斷
#endif
#define OS_STK_GROWTH 1 // 堆棧向下生長(zhǎng)
#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()
2.2.3 OS_CPU_C.C文件
μC/OS-II的移植需要用戶編寫OS_CPU_C.C中的十個(gè)函數(shù)：
OSTaskStkInit()；
OSInitHookBegin ()；
OSInitHookEnd ()；
OSTaskCreateHook()；
OSTaskDelHook()；
OSTaskSwHook()；
OSTaskStatHook()；
OSTimeTickHook()；
OSTCBInitHook ()；
OSTaskIdleHook ()；

    實(shí)際需要修改的只有OSTaskStkInit()函數(shù)，其它九個(gè)函數(shù)都是由用戶定義的。如果用戶需要使用這九個(gè)函數(shù)，可將文件OS
_CFG.H中的#define constant OS_CPU_HOOKS_EN設(shè)為1，設(shè)為0表示不使用這些函數(shù)。本文自定義的任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu)下圖所示
。函數(shù)OSTaskStkInit()是由OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調(diào)用，用來(lái)初始化任務(wù)堆棧的。經(jīng)初始化后的任務(wù)堆棧
應(yīng)該跟發(fā)生過一次中斷后任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)一樣。由前敘述可知，ATmega128在發(fā)生中斷后，自動(dòng)保存了程序計(jì)數(shù)器PC。為了
保存全部現(xiàn)場(chǎng)，還需要保存狀態(tài)寄存器SREG，R0～R31這32個(gè)通用寄存器及SP的值。

    需要注意的是：μC/OS-Ⅱ規(guī)定，在建立任務(wù)時(shí)，只能傳遞一個(gè)參數(shù)給任務(wù)，而且這個(gè)參數(shù)是一個(gè)指針；ICCAVR編譯器規(guī)定，傳遞給函數(shù)的個(gè)參數(shù)是放在R16、R17中的，所以在R16、R17的位置中放置的是向任務(wù)傳遞的參數(shù)。R28、R29的 值不需要入棧，是因?yàn)镽28、R29所組成的Y指針被用作軟件堆棧的指針返回給調(diào)用函數(shù)。

    根據(jù)上述自定義任務(wù)堆棧的結(jié)構(gòu)，編寫OSTaskStkInit()。其程序清單如2.2.3所示。

程序清單L 2.2.3 OS_CPU_C.C
#define OS_CPU_GLOBALS
#include "G:\Porting\ICCAVR\porting12_8\EX1_mega128\includes.h" //包含頭文件
/*
*************************************************************************
* 九個(gè)接口函數(shù)（暫未使用）
*************************************************************************
*/
#if OS_CPU_HOOKS_EN > 0 && OS_VERSION > 203
void OSInitHookBegin (void)
{
}
#endif
... ...
/*
*************************************************************************
* OSTaskStkInit()
*************************************************************************
*/
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *p_arg, OS_STK *ptos,
INT16U opt)
{
INT8U *psoft_stk;
INT8U *phard_stk; //為操作AVR單片機(jī)軟、硬件堆棧而建立的臨時(shí)指針
INT16U tmp;

opt = opt; //'opt'未使用,此處可防止編譯器的警告
psoft_stk = (INT8U *)ptos; // 載入堆棧指針
phard_stk = (INT8U *)ptos
- OS_TASK_SOFT_STK_SIZE // 任務(wù)棧棧空間的大小
L1
+ OS_TASK_HARD_STK_SIZE; // 系統(tǒng)返回的堆棧（硬件堆棧） L2
tmp = *(INT16U const *)task;
*phard_stk-- = (INT8U)tmp;
*phard_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); //把任務(wù)入口地址放入硬件堆棧
//******************通用寄存器入棧**************************/
*psoft_stk-- = (INT8U)0x00; // R0 = 0x00 L3
*psoft_stk-- = (INT8U)0x01; // R1 = 0x01
*psoft_stk-- = (INT8U)0x02; // R2 = 0x02
*psoft_stk-- = (INT8U)0x03; // R3 = 0x03
*psoft_stk-- = (INT8U)0x04; // R4 = 0x04
*psoft_stk-- = (INT8U)0x05; // R5 = 0x05
*psoft_stk-- = (INT8U)0x06; // R6 = 0x06
*psoft_stk-- = (INT8U)0x07; // R7 = 0x07
*psoft_stk-- = (INT8U)0x08; // R8 = 0x08
*psoft_stk-- = (INT8U)0x09; // R9 = 0x09
*psoft_stk-- = (INT8U)0x10; // R10 = 0x10
*psoft_stk-- = (INT8U)0x11; // R11 = 0x11
*psoft_stk-- = (INT8U)0x12; // R12 = 0x12
*psoft_stk-- = (INT8U)0x13; // R13 = 0x13
*phard_stk-- = (INT8U)tmp;
*phard_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); //把任務(wù)入口地址放入硬件堆棧
//***********R16、R17的位置中放置向任務(wù)傳遞的參數(shù)*****************/
tmp = (INT16U)p_arg;
*psoft_stk-- = (INT8U)tmp;
*psoft_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8);
*psoft_stk-- = (INT8U)0x18; // R18 = 0x18
*psoft_stk-- = (INT8U)0x19; // R19 = 0x19
*psoft_stk-- = (INT8U)0x20; // R20 = 0x20
*psoft_stk-- = (INT8U)0x21; // R21 = 0x21
*psoft_stk-- = (INT8U)0x22; // R22 =
0x22
*psoft_stk-- = (INT8U)0x23; // R23 = 0x23
*psoft_stk-- = (INT8U)0x24; // R24 =
0x24
*psoft_stk-- = (INT8U)0x25; // R25 = 0x25
*psoft_stk-- = (INT8U)0x26; // R26 = 0x26
*psoft_stk-- = (INT8U)0x27; // R27 = 0x27
/***R28、R29用作軟件堆棧的指針儲(chǔ)存在任務(wù)控制塊OS_TCB的OSTCBStkPtr中***/
*psoft_stk-- = (INT8U)0x30; // R30 = 0x30
*psoft_stk-- = (INT8U)0x31; // R31 = 0x31L2
*psoft_stk-- = (INT8U)0x80; // SREG = 0x80，開全局中
斷
tmp = (INT16U)phard_stk;
*psoft_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); // SPH
*psoft_stk = (INT8U) tmp; // SPL
return ((void *)psoft_stk);
} 
   接下去的工作便是測(cè)試移植的代碼，具體的測(cè)試工作，請(qǐng)參考邵貝貝譯的《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II（第2版）》。