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【uCOS_51的移植概述】
uCOS_51是uCOS-II v2.52在MCS-51系列单片机上的移植实例，采用大模式，须外部扩展64KB的SRAM，内核的移植简单地归纳为如下几条： (1)声明11个数据类型(OS_CPU.H)； (2)用#define声明4个宏(OS_CPU.H)； (3)用C语言编写10个简单的函数(OS_CPU_C.C)； (4)编写4个汇编语言函数(OS_CPU_A.ASM)。 上述为一般移植过程中所要进行的工作，除此之外，我还增设了其它措施，以便于应用。 【uCOS_51的技术支持】 uCOS_51由本人休闲在家编写，由于时间精力和能力的有限，难免有所疏乎，欢迎有志人士一起学习探讨。 作者：华兄 邮箱： 591881218@qq.com
“uCOS_51”是我给工程起的名称，“望文生义”，我还习惯Version的简写使用小写字母，uCOS-II v2.52，而不是uCOS-II V2.52，哈哈，习惯了就好。我原本想去移植从官网下的最新版本uCOS-II内核《Micrium-uCOS-II-V290》，我只移植作简单地测试，并不打算试用其它的功能，我又热忠uCOS-II v2.52这个版本，对其内核源码非常了解，于是打消了移植最新版本内核的念头，感兴趣的朋友可以去试试。其实这篇文章早就酝酿要写了，由于没有工作的压力，也就没有学习的动力，三天打鱼两天晒网，想到什么，写什么，没有什么逻辑性，不要见怪，哈哈！
我不想谈移植工作和具体的实现，这些随大流的东西，源码是最好的老师，里面有详尽的注释。我就随写自己的想法吧。 每个接触过uCOS_51的朋友，心里面总会有一些想法：它究竟是如何运作的？OS内核究竟有多奇妙？小小51单片机也能跑操作系统 ……？ 想必不少朋友听说过或者使用过RTX-51实时系统，这是我使用过的最小操作系统内核，Keil自带的，内核源码完全使用汇编语言编写。谈起OS内核，核心任务之一就是调度：为任务分配资源和时间，决定任务运行的次序，从而使系统满足特定的性能要求。这些说起来过于笼统，一句话就是不停地切换CPU寄存器——保存寄存器：入栈；弹出寄存器：出栈；保存寄存器：入栈；恢复寄存器：出栈。讲来讲去，都跟栈有关系，那就谈谈uCOS_51的任务栈和硬件堆栈。 每个任务都会有自己的任务栈用于保存现场——CPU寄存器和其它信息，uCOS_51中通过OSTaskStkInit函数(源码见工程，建议下载uCOS_51修订版)来初始化所有的任务栈，栈底保存堆栈长度，然后就是任务代码起始地址，接下来CPU寄存器，最后仿真堆栈指针。接下来谈谈硬件堆栈，硬件堆栈在OS_CPU_A.ASM中通过保留一定数量的存储单元获得，它只关心存储单元数量，堆栈起始地址OSStack由Keil指定。所谓硬件堆栈，就是专门给占用CPU的任务使用，如何使用的呢？就是把任务栈内容弹出到硬件堆栈，然后用去恢复现场，还有保存运行过程中的中间数据。发生任务切换保存现场时，也是按初始化任务栈的次序，从硬件堆栈中弹出任务运行信息包括其它信息(如任务调用子函数产生的断点信息)、任务代码地址，Oh,no！此时叫断点，还有CPU寄存器。其实是由OS_CPU_A.ASM中的出、入栈次序决定了OSTaskStkInit函数中的出、入栈次序。你会发现没有从硬件堆栈中弹出堆栈长度以及仿真堆栈指针！堆栈长度在OS_CPU_A.ASM中是通过硬件堆栈栈顶SP减去OSStkStart(OSStkStart=OSStack-1)得来的，怎么不会是初始值15呢？当然不是啦，谁知道程序在哪里由于突然发生调度而中断运行，任务运行过程中调用子函数就会有出入栈行为，还有其它因素影响堆栈长度。在uCOS-II v2.52内核中，中断嵌套不允许发生任务的调度，只有当一层中断嵌套时才能进行中断级的任务切换，如若此时发生任务的切换，会调整硬件堆栈栈项SP，SP=SP-4，去掉在调用OSIntExit()、OSIntCtxSw()过程中压入堆栈的多余内容(就是两个断点)。接下来就是仿真堆栈指针，它是赋给了?C_XBP这个变量，保存现场时也是从这里获取，我们来专门谈谈?C_XBP这个仿真堆栈指针。 ?C_XBP初始让人觉得异常神秘，我也是，移植时差些被它迷糊了。查阅资料发现，这个仿真堆栈非常特殊，它是向下生长，而普通堆栈是向上生长，所以我们要把仿真堆栈的高地址值赋给?C_XBP。在STARTUP.A51用户上电初始化程序中，我把?C_XBP设在了外部RAM的最高地址FFFFH+1处，这里较少被占用。哈哈，其实这些都是门面工作，uCOS_51中每个任务都会有自己的仿真堆栈指针?C_XBP，OSTaskStkInit函数中，它是设在任务栈项端，也就是任务栈栈底ptos+MAX_STK_SIZE地址处，那么，ptos+MAX_STK_SIZE除去任务运行正常使用，其余就用作仿真堆栈。哈哈，你不必担心，仿真堆栈我也不熟，uCOS_51不使用它。 我们再谈些什么好呢，真想出去走走了，外边下着雨，算了，辛苦一下 …，先指正uCOS_51修订版中的三个错误吧：(一)在OS_CPU_A.ASM中，?PR?_?SerialISR?OS_CPU_A SEGMENT CODE，串口中断服务子程序不可重入，应该是?PR?SerialISR?OS_CPU_A SEGMENT CODE；(二)在serial.c中，InitSerial函数里注释有误，SCON=0x50;PCON=0x00; // 模式2，SM2=0，SMOD=0，应该是模式1，这也是张义和老师书上的错误；(三)在uCOS_II.H中，OS_TaskIdle函数声明以及OS_TaskStat函数声明的参数少写了一个'd'变成ppata，应该是ppdata;(四)这个错误来自内核源码，在OS_TASK.C中，OSTaskDel函数定义self这个布尔变量却没有使用，编译器发出警告，该定义已在修订版中去除，这里只是引起朋友的关注。 我再谈谈测试uCOS_51过程中发现的一个非常有意思的问题，就是工作状态指示灯闪烁异常，起初我设置1秒闪烁一次，而实际发现几乎要2秒才会闪烁。系统只有两个任务——空闲任务和工作状态指示任务，负荷不重，折腾了我老半天，最后我添加另外一个低优先级任务，高于空闲任务，里面置死循环，完完全全的空任务，使得空闲任务无法得到执行，这下发现指示灯正常闪烁起来了，然后盘根究底，发现问题出在空闲计数器OSIdleCtr上，"OSIdleCtr" 变量务必设置为 "idata" 存储类型，否则任务运行节拍变慢。这就是答案，我特意注释在main.c中。 由上面的问题引发我们思考，为什么设置idata存储类型就正常了呢？由于uCOS_51采用大模式，全部变量默认为xdata存储类型，存储在外部RAM中，访问需要花费更多的CPU时间，而空闲任务是经常被调度的任务，自然空闲计数器OSIdleCtr也就成了经常被访问的变量。访问频率如此之高，如若设在外部RAM中，也就要耗费更多的CPU时间，增加了系统延时，闪烁也就变得慢了。因此需要把它放在内部RAM中，其它同理。 好了，我要出去了，哈哈 … 今天先谈谈#define REENTRANT reentrant这个宏，也就是Keil里reentrant这个关键字。原则上我们不需要修改任何与处理器无关的代码，由于Keil编绎器的特殊性，这些代码仍需作改动。Keil缺省情况下编译出来的代码不可重入，考虑多任务并发执行，系统要求可重入代码，因此，需要在每个C函数及其声明后加上关键字reentrant。代码的可重入是指可以被多个任务并发使用，而数据不会遭到破坏；不可重入是指不能由多个任务所共享，除非能确保互斥访问。想要了解更多，还请朋友自发去查阅资料，我就不再赘述！ 下面说说uCOS-II v2.52里pdata这个参数，pdata是Keil里保留的关键字，代表分页式存储类型。所以避免冲突，给内核源码所有pdata改名为ppdata，这是追随杨大侠的做法。 在uCOS-II v2.52里，有BOOLEAN这个数据类型，它是布尔型，取值0或1。虽然你很想用bit这个数据类型去typedef，但强烈建议最好不要这么去做，因为bit无法在结构体里使用，所以把BOOLEAN定义成uchar类型。 ... ...
貌似很久没有更新过了 。。。
修正两个错误吧，OS_EXT DF_IDATA OS_TCB *OSTCBCur; 以及 OS_EXT DF_IDATA OS_TCB *OSTCBHighRdy; 改为 OS_EXT OS_TCB *DF_IDATA OSTCBCur; 和 OS_EXT OS_TCB *DF_IDATA OSTCBHighRdy;，原因很简单，OSTCBCur和OSTCBHighRdy存放于idata中，所指向的对象才存放在xdata。
讨论一下OSTCBCur和OSTCBHighRdy这两个指针，根据Keil C51用户手册，这两个指针分别占用三个字节的地址空间，+0表示指针所指向对象的数据类型，+1表示高8位数据，+2表示低8位数据，+1数据和+2数据共同组成对象的16位地址。
这里讲一下uCOS_51中的模块化编程，uCOS_II.C中，#define OS_GLOBALS这个宏，使得uCOS_II.H中的普通变量、结构体变量等对于内核来说是全局变量(见uCOS_II.H之#define OS_EXT)；内核以外，由于没有这个宏，BSP、应用层将视为extern类型(见uCOS_II.H之#define OS_EXT extern)。#define OS_MASTER_FILE防止内核重复包含INCLUDES.H这个头文件。uCOS_II.C包含头文件和内核文件，编译预处理阶段，就会加载这些头文件和内核文件信息，编译时，一块编译成uCOS_II.O目标文件。
#include "..\ucos_51\ucos-ii\inc\includes.h"，这个东东，起初也许你会觉得它比较冗长，没有办法，#include "includes.h"编译器报错找不到文件，只能使用笨方法为编译器指定文件路径。
扯一下就绪表吧，uCOS-II v2.52支持64个优先级，OSRdyGrp、OSRdyTbl[]、OSUnMapTbl[]这几个变量功不可没。我们可以通过void OS_Sched (void);这个函数(见OS_CORE.C)来研究uCOS-II v2.52查找当前就绪的最高优先级算法。特别谈一下OSUnMapTbl[]这个东西，它是由256个元素组成的数组，作用：查找一个8位二进数中，最低位为1的是哪个位。如0x80，最低位为1的是第7位；0x00和0xff，最低位为1的是第0位。我们来看看uCOS-II v2.52查找当前就绪的最高优先级算法，下面代码来自void OS_Sched (void);(见OS_CORE.C)。
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; /* Get pointer to HPT ready to run */
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);
OSUnMapTbl[OSRdyGrp]获得OSRdyGrp中最低位为1的位置y，即最高优先级所在就绪表OSRdyTbl[]的分组，一共8组(0～7)。OSRdyTbl[y]可以获得最高优先级所在就绪表OSRdyTbl[]的分组信息，一串8位二进制数。OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]可以获得这串二制数中最低位为1的位，假设为x。在uC/OS中，数值越小，优先级越大，y和x都是OSRdyGrp以及OSRdyTbl[y]位最低的，uCOS-II v2.52中优先级计算公式：Prio=y<<3+x。y和x都是最低最小，则Prio最小，优先级就越大。
uCOS-II v2.52只支持64个优先级，我记得应该在uCOS-II v2.80以后，就开始支持256个优先级了。我们拿uCOS-II v2.83举例说明，它没有改变OSUnMapTbl[]这个数组，但改变了OSRdyGrp和OSRdyTbl[]，有8位和16位两种定义，也改变了OSPrioHighRdy的长度，由8位变为16位长度。我们来看看uCOS-II v2.83查找当前就绪的最高优先级算法。
下面代码来自uCOS_II.H。
#if OS_LOWEST_PRIO <= 63 // 优先级数少于64时
OS_EXT INT8U OSRdyGrp; /* Ready list group */ OS_EXT INT8U OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE]; /* Table of tasks which are ready to run */ #else // 优先级数多于63时，注意变量数据长度的变化 OS_EXT INT16U OSRdyGrp; /* Ready list group */ OS_EXT INT16U OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE]; /* Table of tasks which are ready to run */ #endif
下面代码来自static void OS_SchedNew (void);(见OS_CORE.C)，此函数会被OS_Sched ()调用，用于查找当前就绪的最高优先级。
static void OS_SchedNew (void)
{ #if OS_LOWEST_PRIO <= 63 /* See if we support up to 64 tasks */ INT8U y; y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]); #else /* We support up to 256 tasks */
// ---------------------------------------- 上半部分与uCOS-II v2.52一样 ----------------------------------------
INT8U y;
INT16U *ptbl; if ((OSRdyGrp & 0xFF) != 0) { // OSRdyGrp低8位不为0，最高优先级信息必定分布在OSRdyGrp低8位 y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp & 0xFF]; // 查找OSRdyGrp低8位中最低位为1的位置y } else { // OSRdyGrp低8位为0，最高优先级信息必定分布在OSRdyGrp高8位 y = OSUnMapTbl[(OSRdyGrp >> 8) & 0xFF] + 8; // OSRdyGrp右移8位，查找OSRdyGrp低8位中最低位为1的位置，再加8才是最高优先级信息分布在OSRdyGrp中的实际位置y，这是高明之处 } ptbl = &OSRdyTbl[y]; // 注意，OSRdyTbl[y]长度为16位 if ((*ptbl & 0xFF) != 0) { // OSRdyTbl[y]低8位不为0，最高优先级信息必定分布在OSRdyTbl[y]低8位 OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 4) + OSUnMapTbl[(*ptbl & 0xFF)]); // OSUnMapTbl[(*ptbl & 0xFF)])类似计算y，不过，这里计算优先级的方法有所不同而已 } else { // OSRdyTbl[y]低8位为0，最高优先级信息必定分布在OSRdyTbl[y]高8位 OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 4) + OSUnMapTbl[(*ptbl >> 8) & 0xFF] + 8); // OSUnMapTbl[(*ptbl >> 8) & 0xFF] + 8类似计算y } #endif }
前半截优先级数少于64时，与uCOS-II v2.52一样，咱们看后半截，我就直接在代码里面注释说明。
(补充：代码地址在
http://ishare.iask.sina.com.cn/f/22488247.html?w，可以自己去下载下来看看)
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