本文詳細介紹了把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，就是使一個實時內核能在某個微處理器或微控制器上運行。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。

　　1 ATmega128的內核特點

　　之所以要先介紹ATmega128 MCU內核特點，是因為在μC/OS-Ⅱ的移植過程中，仍需要用戶用C語言和匯編語言編寫一些與微處理器相關的代碼。這里主要介紹ATmega128與μC/OS-Ⅱ移植相關的內核特點。如果讀者已經對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包括一個算術邏輯單元（ALU），一個狀態寄存器（SREG），一個通用工作寄存器組和一個堆棧指針。狀態寄存器（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。當系統響應一個中斷后，I位將由硬件自動清“0”；當執行中斷返回（RETI）指令時，I位由硬件自動置“1”，從而允許系統再次響應下一個中斷請求。

　　通用工作寄存器組是由32個8位的通用工作寄存器組成。其中R26～R31這6個寄存器還可以兩兩合并為3個16位的間接地址寄存器。這些寄存器可以用來對數據存儲空間進行間接尋址。這3個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寄存器還能用作對程序存儲空間進行間接尋址的寄存器。有些AVR C語言編譯器還把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單片機上電復位后，SP指針的初始值為0x0000，由于AVR單片機的堆棧是向下生長的（從高地址向低地址生長），所以系統程序一開始必須對堆棧指針SP進行初始化，即將SP的值設為數據存儲空間的地址。ICCAVR編譯器在鏈接C程序文件的時候，會自動在程序頭鏈入startup文件。startup文件里面的程序將會去做初始化SP指針的工作。鏈入startup文件是ICCAVR這個編譯器的特點，在用其它編譯器的時候，希望讀者確認所使用的編譯器是否帶有自動初始化SP的功能，若沒有，應在用戶程序中初始化SP。

　　1.2 數據存儲空間（僅內部）

　　AVR單片機的數據存儲器是線形的，從低地址到高地址依次是CPU寄存器區（32個通用寄存器），I/O寄存器區，數據存儲區。

　　ICCAVR編譯器又將數據存儲區劃分為全局變量和字符串區，軟件堆棧區和硬件堆棧區三個空間。

　　ICCAVR編譯器將堆棧分成了兩個功能不同的堆棧來處理（這一點與8051系列的單片機編譯器處理方式不同）。硬件堆棧用于儲存子程序和中斷服務子程序調用時的函數返回地址。這塊數據區域由堆棧指針SP進行尋址，數據的進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。軟件堆棧用于傳遞參數，儲存臨時變量和局部變量。這塊數據區域是用軟件模擬堆棧儲存數據的方式進行數據存儲，對該區域尋址的指針由用戶自己定義，所以叫做軟件堆棧區。

　　AVR單片機的硬件堆棧的生長方向是向下的（從高地址向低地址生長），所以軟件堆棧在定義的時候，也采取相同的生長方向。

　　這里沒有用ATmega128而采用AVR單片機的提法是因為ATmega128屬于AVR系列單片機中的一種，而所有的AVR單片機的數據存儲器組織方式都是一致的。在創建μC/OS-Ⅱ的任務棧時，需要了解所用微處理器數據存儲空間尤其是堆?？臻g的組織形式及相關的操作。讀者應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。

　　1.3 ATmega128的中斷響應機制

　　ATmega128有34個不同的中斷源，每個中斷源和系統復位在程序存儲空間都有一個獨立的中斷向量（中斷入口地址）。每個中斷源都有各自獨立的中斷允許控制位，當某個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，系統才響應該中斷。
    
　　當系統響應一個中斷請求后，會自動將全局中斷允許位I清零，此時，后續中斷響應被屏蔽。當系統執行中斷返回指令RETI時，會將全局中斷允許位I置“1”，以允許響應下一個中斷。若用戶想實現中斷嵌套，必須在中斷服務子程序中將全局中斷允許位I置“1”。（這一點與8051系列的單片機不同）
    
　　在中斷向量表中，處于低地址的中斷具有高的優先級。優先級高只是表明在多個中斷同時發生的時候，系統先響應優先級高的中斷，并不含有高優先級的中斷能打斷低優先級的中斷處理工程的意思。這與8051系列單片機的中斷優先級概念不同。
    
　　由于μC/OS-Ⅱ的任務切換實際上是模擬一次中斷，因此需要知道CPU的中斷響應機制。中斷發生時,ATmega128按以下步驟順序執行：

　　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，同時堆棧指針SP減2。
　　C. 選擇優先級的中斷向量裝入PC，程序從此地址繼續執行中斷處理。
　　D. 當執行中斷處理時，中斷源的中斷允許控制位清零。
　　中斷結束后，執行RETI指令，此時
　　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執行。

　　特別要注意的是：AVR單片機在響應中斷及從中斷返回時，并不會對狀態寄存器SREG和通用寄存器自動進行保存和恢復操作，因此，對狀態寄存器SREG和通用寄存器的中斷保護工作必須由用戶來完成。

　　1.4 ATmega128的定時器中斷
   
　　ATmega128有三個定時器：T0,T1,T2；它們三者都有計數溢出中斷功能,而且T1和T2還有匹配比較中斷，即定時器計數到設定的值時，產生中斷并自動清零。若系統采用這種中斷方式，其好處是在中斷服務程序ISR中不需要重新裝載定時器的值。但本文出于通用性的考慮，仍采用定時器計數溢出中斷方式。

　　2 μC/OS-Ⅱ的移植

　　2.1移植條件

　　要實現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編譯器能產生可重入代碼。
　　
　　可重入代碼是指可以被一個以上的任務調用，而不必擔心其數據會被破壞的代碼。可重入代碼任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以重新運行，而相應的數據不會丟失，不可重入代碼則不行。本文所使用ImageCraft公司的ICCAVR V6.29編譯器能產生可重入代碼。

　?。?） 用C語言就可以打開和關閉中斷。

　　本文所使用的ICCAVR V6.29編譯器支持在C語言中內嵌匯編語句且提供專門開關中斷的宏：CLI()和SEI()。這樣，使得在C語言中開關中斷非常方便。

　?。?） 處理器支持中斷，并且能產生定時中斷（通常在10至100Hz之間）本文使用的ATmega128，有3個定時器，能產生μC/OS-Ⅱ所需的定時中斷。

　　（4） 處理器支持能夠容納一定數量數據的硬件堆棧。本文使用的ATmega128有4K RAM，硬件堆?？梢蚤_辟在這4K RAM中。

　?。?） 處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器從內存中讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。一般的單片機都滿足這個要求(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系列的單片機更容易實現上述要求。

　　2.2移植的實現

　　μC/OS-Ⅱ的移植工作包括以下幾個內容：

　　用typedef聲明與編譯器相關的10個數據類型(OS_CPU.H)
　　用#define設置一個常量的值(OS_CPU.H)
　　#define聲明三個宏(OS_CPU.H)
　　用C語言編寫六個簡單的函數(OS_CPU_C.C)
　　編寫四個匯編語言函數(OS_CPU_A.S)
　　根據這幾項內容，本文逐步來完成。

　　2.2.1 INCLUDES.H文件

　　INCLUDES.H

　　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文件都只包含一個頭文件，簡潔，可讀性強。缺點是.C文件可能會包含一些它并不需要的頭文件，增加編譯時間。我們是以增加編譯時間為代價來換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語言的標準庫

　　/*
　　***************************************************************************
　　*                  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的常量、宏和類型定義。其中需要注意以下三點：

　　一，是堆棧的生長方向。正如前面所述，ATmega128的堆棧生長方向是向下生長，即從高地址到低地址，因此，OS_STK_GROWTH要被定義為1。

　　二，是進入臨界代碼段(critical code section)的方法。μC/OS-II提供了三種進入臨界代碼段的方法,種方法是直接對中斷允許位置1或清零，即進入臨界代碼段時，把中斷允許位清零，退出臨界代碼段時，把中斷允許位置1；第二種方法是進入臨界代碼段時，先將中斷狀態保存到堆棧中，然后關閉中斷。與之對應的是，退出臨界代碼段時，從堆棧中恢復前面保存的中斷狀態。第三種方法是，由于某些編譯提供了擴展功能，用戶可以得到當前處理器狀態字的值，并將其保存在C函數的局部變量之中。這個變量可用于恢復狀態寄存器SREG的值。由于ICCAVR不提供此項擴展功能，所以本文暫不考慮用第三種方法進入臨界代碼段。種方法存在著一個小小的問題：如果在關閉中斷后調用μC/OS-II的功能函數，當函數返回后，中斷可能會被打開。我們希望如果在調用μC/OS-II的功能函數前，中斷是關著的，那么在函數返回后，中斷仍然是關著的。方法1顯然不滿足要求。本文使用μC/OS-II的第二種方法——先將中斷狀態保存到堆棧中，然后關閉中斷。

　　三，是任務切換函數OS_TASK_SW( )是個宏，具體的實現是在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