前言

       其實關于uCOS-II的51單片機移植教程和例子網(wǎng)上已經(jīng)有很多了，但是大部分都是基于Proteus仿真外擴內存的，下載之后也不能直接在硬件上使用，也沒有具體的移植教程。這對于一個想學習操作系統(tǒng)而又無從下手小白的來說簡直就是噩夢。

       由于51內核的特殊性和keil編譯器原因（51的系統(tǒng)堆棧指針和Keil編譯后仿真堆棧指針增長的方向是相反的）帶來移植的困難。網(wǎng)上的例程處理堆棧的方式有兩種（至于不太懂的同學可以移步看看這篇帖子）https://blog.csdn.net/s111sw/article/details/6012720，一種是用小模式Small，另外一種是大模式Large。Small模式是把系統(tǒng)堆棧數(shù)據(jù)和仿真堆棧數(shù)據(jù)一起復制到用戶堆棧XDATA區(qū)，這種方式編譯代碼小但是任務切換速度慢。而Large模式在編譯的時候Keil默認是把仿真堆棧數(shù)據(jù)設置在XDATA區(qū)，所以在任務切換的時候只需要把系統(tǒng)堆棧和仿真堆棧的當前地址保存到用戶堆棧就行，這樣的方式編譯代碼大但任務切換速度快（現(xiàn)在都是用這種方式，STC12C5A60S2在22.1184MHz晶振下任務切換時間37us）。可是，前面已經(jīng)說了51的系統(tǒng)堆棧指針是向上增長的，而Keil編譯的仿真指針是向下增長的，這就導致了一個 問題---uCOS操作系統(tǒng)的堆棧檢測函數(shù)OSTaskStkChk沒辦法使用。上面鏈接帖子里面用的方法是修改uCOS的內核函數(shù)實現(xiàn)堆棧檢測功能的。正是因為我不想修改內核函數(shù)的原因所以才有了我現(xiàn)在移植的uCOS的版本。

                                                                                                                                                                                                         

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圖1

雖然51的系統(tǒng)堆棧指針只能向上增長，但是在代碼里面我們可以人為的把里面的數(shù)據(jù)按照自己的意愿存放到用戶堆棧里。下面是我移植的堆棧結構，把系統(tǒng)堆棧增長方向和仿真堆棧統(tǒng)一起來就可以實現(xiàn)堆棧連續(xù)存放數(shù)據(jù)了。

                                                                                                                                                                                                         

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                                                                                                                   圖2

1、    電腦一臺（廢話!）

2、    Keil4

3、    下載配套的代碼一份，我移植的是比較經(jīng)典的版本uCOS-II 2.52

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下面開始講解怎么把uCOS移植到不同型號51單片機

打開工程\51_uCOS-IIV2.52\Project\ uCOS.uvproj

第2步：打開STARTUP .A51啟動文件修改一些啟動參數(shù)來對應單片機資源

    根據(jù)單片機內部資源作調整，因為STC12C5A60S2有1280字節(jié)的SRAM，包括內部0-0xFF 256字節(jié)和外部0-0x3FF 1024字節(jié)

圖4把IDATALEN改成100H（內部256），XDATALEN改成0x03FF（外部內存根據(jù)不同型號芯片的大小配置，最大是0xFFFF），這樣單片機初始化的時候就會把相應的RAM清0。

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                      圖4  

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這樣就配置好啟動文件了。

第3 步：配置uCOS文件

     uCOS系統(tǒng)需要一個時鐘節(jié)拍，節(jié)拍頻率10Hz-1000Hz。我用的是T0定時器每10ms中斷一次。打開OS_CPU_C.C文件找到void InitHardware(void)  T0定時器初始化函數(shù)，配置成想要的中斷時間，然后修改中斷函數(shù)void OSTickISR(void) interrupt 1里面TL0和TL1的初值，如果是有 自動重裝功能的定時器就可以注釋掉這兩句，最后配置OS_CFG.H文件里最下面的宏定義#define  OS_TICKS_PER_SEC，這個就是1秒鐘的節(jié)拍數(shù)，例如10ms中斷一次就是100，20ms中斷一次就是50。

#define  OS_TICKS_PER_SEC100  /* Set the number of ticks in one second */

----------------------------------移植完畢---------------------------------------

                               圖7

        任務創(chuàng)建之后堆棧指針一直指向用戶棧頂，圖7左是堆棧初始化之后里面的數(shù)據(jù)結構，用戶堆棧的最高3個字節(jié)一直固定保存“系統(tǒng)堆棧長度”和“?C_XBP(仿真堆棧指針)”因為任務初始化的時候仿真堆棧還沒有使用，所以?C_XBP指向的堆棧下一個地址就是空閑堆棧，緊跟著就是系統(tǒng)堆棧數(shù)據(jù)。

        在啟動任務調度置后仿真堆棧被使用之后變成圖7右的結構，任務切換時從?C_XBP指向的下一個地址開始保存系統(tǒng)堆棧數(shù)據(jù)，保存的數(shù)據(jù)長度由“系統(tǒng)堆棧長度” 決定 ，這樣就實現(xiàn)了堆棧向下連續(xù)增長而不需要修改uCOS的堆棧檢測函數(shù)。

OS_STK *OSTaskStkInit(void (*task)(void *pd) reentrant, void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt)reentrant

{

    OS_STK *stk;

    p_arg =p_arg;

    opt    = opt;                      //opt沒被用到，保留此語句防止告警產(chǎn)生   

    stk    =ptos;                     //用戶堆棧最低有效地址

    *stk-- =15;                       //系統(tǒng)堆棧長度

*stk-- =(INT16U)(ptos-3) >> 8; //?C_XBP 仿真堆棧指針高8位

   *stk-- = (INT16U)(ptos-3) &0xFF; //?C_XBP 仿真堆棧指針低8位 最高3個字節(jié)一直被占

//用所以減3

    *stk-- =0x07;                          //R7

    *stk-- =0x06;                          //R6

    *stk-- =0x05;                          //R5

    *stk-- =0x04;                          //R4

    *stk-- =0x01;                          //R3

    *stk-- =0x02;                     //R2

    *stk-- =0x01;                    //R1

    *stk-- =0x00;                          //R0

    *stk-- =0x00;                          //PSW

    *stk-- =0x00;                          //DPL

    *stk-- =0x00;                          //DPH

    *stk-- =0x0B;                          //B  

*stk-- =0x0A;                          //ACC

    *stk-- =(INT16U)task >> 8;             //任務地址高8位  

    *stk-- =(INT16U)task & 0xFF;           //任務地址低8位

stk    = ptos;//堆棧指針一直指向棧頂

    return stk;

}

;*****************************************************************************************

;*                                              uC/OS-II

;*                                               實時內核

;*

;*                        (c) Copyright1992-1998, Jean J. Labrosse, Plantation, FL

;*                                               版權所有

;*

;*                                           MCU-51 專用代碼

;*                                           KEIL C51大模式編譯

;*

;* 文件名 : OS_CPU_A.ASM

;* 作者  : Jean J. Labrosse

;*****************************************************************************************

;聲明：本代碼僅供學習研究uCOS-II使用，如用作其他用途出現(xiàn)問題本人概不負責。

;偽指令詳細用法請查A51.PDF文件

;程序結構詳見《uC/OS-II》193-198頁

;不用此語句！！！ $CASE    ;標號和變量名區(qū)分大小寫

$NOMOD51

EA  BIT     0A8H.7

SP  DATA    081H

B   DATA    0F0H

ACC DATA    0E0H

DPH DATA    083H

DPL DATA    082H

PSW DATA    0D0H

TR0 BIT     088H.4

TH0 DATA    08CH

TL0 DATA    08AH

        NAMEOS_CPU_A    ;模塊名

;定義重定位段

?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A    SEGMENT CODE

?PR?OSCtxSw?OS_CPU_A           SEGMENT CODE

?PR?OSIntCtxSw?OS_CPU_A        SEGMENT CODE

;?PR?OSTickISR?OS_CPU_A         SEGMENT CODE

;?PR?_?serial?OS_CPU_A          SEGMENT CODE

;聲明引用全局變量和外部子程序

        EXTRNDATA  (?C_XBP)     ;仿真堆棧指針用于重入局部變量保存,為V2.51能被C使用定義在本模塊中

        EXTRNIDATA (OSTCBCur)

        EXTRNIDATA (OSTCBHighRdy)

        EXTRNIDATA (OSRunning)

        EXTRNIDATA (OSPrioCur)

        EXTRN IDATA (OSPrioHighRdy)

     EXTRNDATA  (EA_Nesting)

;        EXTRNCODE  (OSTaskSwHook)

        EXTRNCODE  (OSIntEnter)

        EXTRNCODE  (OSIntExit)

        EXTRNCODE  (OSTimeTick)

;對外聲明4個不可重入函數(shù)

        PUBLICOSStartHighRdy

        PUBLICOSCtxSw

        PUBLICOSIntCtxSw

;        PUBLICOSTickISR

;        PUBLICSerialISR        

;分配堆棧空間,?STACK和STARTUP.A51中同名，編譯器會將兩個?STACK段合并，堆棧大小在STARTUP.A51中定義

?STACK    SEGMENT   IDATA

          RSEG    ?STACK

;-------------------------------------------------------------------------------

PUSHALL    MACRO ;定義壓棧出棧宏

        PUSH ACC

        PUSH B

        PUSH DPH

        PUSH DPL

        PUSH PSW

     MOV  PSW,#0x00

        PUSH0x00   ;R0-R7入棧

     PUSH 0x01

     PUSH 0x02

     PUSH 0x03

     PUSH 0x04

     PUSH 0x05

     PUSH 0x06

     PUSH 0x07

        ENDM

POPALL    MACRO

        POP  0x07   ;R0-R7出棧

     POP  0x06

     POP  0x05

     POP  0x04

     POP  0x03

     POP  0x02

     POP  0x01

     POP  0x00

        POP  PSW

        POP  DPL

        POP  DPH

        POP  B

        POP  ACC

        ENDM

;-------------------------------------------------------------------------

;    啟動任務------切換堆棧指針，恢復堆棧數(shù)據(jù)

;-------------------------------------------------------------------------

        RSEG?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A

OSStartHighRdy:

        USING0    ;

;       LCALL OSTaskSwHook

CtxSw:

       ;OSTCBCur ===> DPTR  獲得當前TCB指針，詳見C51.PDF第178頁

        MOV  R0,#LOW (OSTCBCur) ;獲得OSTCBCur指針低地址，

        INC  R0                  ;指針占3字節(jié)。+0類型+1高8位數(shù)據(jù)+2低8位數(shù)據(jù)

        MOV  DPH,@R0        ;全局變量OSTCBCur在IDATA中

        INC  R0

        MOV  DPL,@R0

       ;OSTCBCur->OSTCBStkPtr ===> DPTR 獲得用戶堆棧指針

        INC  DPTR       ;指針占3字節(jié)。+0類型+1高8位數(shù)據(jù)+2低8位數(shù)據(jù)

        MOVXA,@DPTR     ;取用戶棧頂指針OSTCBStkPtr

     MOV  R0,A

        INC  DPTR

        MOVXA,@DPTR

     ADD  A,#0FEH    ;DPTR-2指向保存?C_XBP低8位的地址

     MOV  DPL,A

     MOV  A,R0

     ADDC A,#0FFH

     MOV  DPH,A

     ;恢復仿真堆棧指針

     MOVX A,@DPTR

     MOV  ?C_XBP+1,A ;?C_XBP仿真堆棧指針低8位

     INC  DPTR

     MOVX A,@DPTR   

     MOV  ?C_XBP,A   ;?C_XBP仿真堆棧指針高8位

     INC  DPTR

        MOVXA,@DPTR    ;恢復系統(tǒng)堆棧長度

        MOV  R5,A      ;

     ;因為DPTR沒有自減1指令，所以只能計算出系統(tǒng)堆棧的末尾地址然后用INC DPTR復制數(shù)據(jù)提高效率

     CLR  C          ;系統(tǒng)堆棧末尾地址 = 當前仿真堆棧地址-系統(tǒng)堆棧長度

     MOV  A,?C_XBP+1

     SUBB A,R5

     MOV  DPL,A

     MOV  A,?C_XBP

     SUBB A,#0

     MOV  DPH,A

        MOV  R0,#?STACK-1 ;獲取堆棧起址

RestoreStk:          ;恢復現(xiàn)場堆棧內容

     INC DPTR        

        INC  R0

        MOVXA,@DPTR

        MOV  @R0,A

        DJNZR5,RestoreStk

        MOV  SP,R0 ;恢復堆棧指針SP

       ;OSRunning=TRUE

        MOV  R0,#LOW (OSRunning)

        MOV  @R0,#01

        POPALL

     MOVEA_Nesting,#0 ;切換任務清零EA嵌套

        SETBEA    ;開中斷

        RETI

;-------------------------------------------------------------------------

;    任務級切換函數(shù)

;-------------------------------------------------------------------------

        RSEG?PR?OSCtxSw?OS_CPU_A

OSCtxSw:

        PUSHALL;任務堆棧進棧

IntCtxSw:

       ;OSTCBCur ===> DPTR  獲得當前TCB指針，詳見C51.PDF第178頁

        MOV  R0,#LOW (OSTCBCur) ;獲得OSTCBCur指針低地址，指針占3字節(jié)。+0類型+1高8位數(shù)據(jù)+2低8位數(shù)據(jù)

        INC  R0

        MOV  DPH,@R0  ;全局變量OSTCBCur在IDATA中

        INC  R0

        MOV  DPL,@R0

       ;OSTCBCur->OSTCBStkPtr ===> DPTR 獲得用戶堆棧指針

        INC  DPTR       ;指針占3字節(jié)。+0類型+1高8位數(shù)據(jù)+2低8位數(shù)據(jù)

        MOVXA,@DPTR     ;取用戶棧頂指針OSTCBStkPtr

     MOV  R0,A

        INC  DPTR

        MOVXA,@DPTR

     ADD  A,#0FEH    ;DPTR-2指向保存?C_XBP低8位的地址

     MOV  DPL,A

     MOV  A,R0

     ADDC A,#0FFH

     MOV  DPH,A

     ;保存仿真堆棧指針?C_XBP

     MOV  A,?C_XBP+1 ;?C_XBP 仿真堆棧指針低8位

     MOVX @DPTR,A

     INC  DPTR

     MOV  A,?C_XBP   ;?C_XBP 仿真堆棧指針高8位

     MOVX @DPTR,A

        MOV  A,SP ;計算系統(tǒng)堆棧長度

        CLR  C

        SUBBA,#?STACK-1

        MOV  R5,A

     ;保存系統(tǒng)堆棧長度

     INC  DPTR

     MOVX @DPTR,A

     ;因為DPTR沒有自減1指令，所以只能計算出系統(tǒng)堆棧的末尾地址然后用INC DPTR復制數(shù)據(jù)提高效率

     CLR  C          ;系統(tǒng)堆棧末尾地址 = 當前仿真堆棧地址-系統(tǒng)堆棧長度

     MOV  A,?C_XBP+1

     SUBB A,R5

     MOV  DPL,A

     MOV  A,?C_XBP

     SUBB A,#0

     MOV  DPH,A

        MOV  R0,#?STACK-1 ;獲取堆棧起址

SaveStk:

     INC  DPTR   ;保存系統(tǒng)堆棧到任務堆棧

     INC  R0

     MOV  A,@R0

     MOVX @DPTR,A

     DJNZR5,SaveStk

;    LCALL OSTaskSwHook  ;調用用戶程序

     ;獲取新任務TCB指針

     MOV  R0,#OSTCBCur   ;OSTCBCur= OSTCBHighRdy

     MOV  R1,#OSTCBHighRdy

     MOV  A,@R1

     MOV  @R0,A  ;指針類型

     INC  R0

     INC  R1

     MOV  A,@R1

     MOV  @R0,A  ;指針高8位

     INC  R0

     INC  R1

     MOV  A,@R1  

     MOV  @R0,A  ;指針低8位

     ;獲取新任務優(yōu)先級

     MOV R0,#OSPrioCur  ;OSPrioCur =OSPrioHighRdy

     MOV  R1,#OSPrioHighRdy

     MOV  A,@R1

     MOV  @R0,A

     LJMP CtxSw

;-------------------------------------------------------------------------

;    中斷級任務切換

;-------------------------------------------------------------------------

        RSEG?PR?OSIntCtxSw?OS_CPU_A

OSIntCtxSw:

        ;調整SP指針去掉在調用OSIntExit(),OSIntCtxSw()過程中壓入堆棧的多余內容

        ;SP=SP-4

        MOV  A,SP

        CLR  C

        SUBBA,#4

        MOV  SP,A

        LJMPIntCtxSw

        END