在MOTOROLA A68K系列MCU上移植μC/OS-II

一、MC68K CPU简介

MC68K及68020、68040等的著名的MOTOROLA32位微处理器，和与之兼容的68K、CPU32、CPU32+等CPU扩充定时处理单元TPU、队列串行模块QSM、系统控制模块和RAM等组成MC683xx系列单片机。

CPU32 内部有8个32位通用数据寄存器，8个32位通用地址寄存器。8个通用数据寄存器可作为累加器使用，也可看成C语言中各种类型的变量；8个通用地址寄存器，可作为变址寄存器使用，也可看成C语言中的指针型变量。CPU32有独立的用户堆栈指针和系统堆栈指针，可区分程序区、数据区、系统区、用户区等存储空间，有7级中断。

要实现μC/OS-II向MC68K的移值，需要有MC68K的C编译器。我们使用的HIWARE公司的C编译器。该C编译器允许嵌入行汇编。

二、移植中所需修改的文件

和CPU相关的文件主要有三个：C语言文件OS_CPU32.C、头文件OS_CPU32.H和汇编文件OS_CPU32.ASM。

1.INCLUDES.H文件

INCLUDES.H 是主头文件，在所有后缀名为.C文件的开始都包含INCLUDES.H文件。对于不同类型的处理器，用户需要改定INCLUDES.H文件，增加自己的头文件，但必须加在文件末尾。在安装μC/OS-II的时候，附带了几个移植实例，例如，针对Intel 80x86的代码安装到IIL目录。我们为MC68K编写的移植实例都放在II下，在INCLUDES.H文件中增加有：
#include iiK_CPU32.ASM
#include iiK_CPU32.C
#include iiK_CPU32.H

2.OS_CPU32.H文件
OS_CPU32.H文件中定义了与硬件相关的基本信息：
typedef unsigned char INT8U； /*无符号8位数*/
typedef signed char INT8S； /*带符号8位数*/
typedef unsigned int INT16U； /*无符号16位数*/
typedef signed int INT16S； /*带符号16位数*/
typedef signed long INT32S； /*带符号32位数*/
typedef unsigned int OS_STK； /*堆栈入口宽度为16位*/
#define OS_STK_GROWTH1 /*堆栈由高地址向低地址增长*/
#define UCOS 0 /*用于任务切换的软中断*/
define OS_TASK_SW() _TRAP(UCOS)
#define OS_ENTER_CRITICAL() move.w#$2700,SR /*进入临界区*/
#define OS_EXIT_CRITICAL() move.w #$2000,SR /*退出临界区*/

（1）数据类型

由于不同的处理器有不同的字长，μC/OS-II的移植需要重新定义一系列的数据结构。由于 MC68K为32位MCU，整数（int）类型数据为16位，长整开有（long）为32位。在MC68K中堆栈都是按字进行操作的，所以堆栈数据类型 OS_STK声明为16位。所有的堆栈必须用OS_STK声明。

（2）代码临界区

μC/OS -II在进入系统临界代码区之间要关中断，等到退出临界区后再打开，从而保护核心数据不被多任务环境下的其他任务或中断破坏。在MC68K中，开关中断可以通过设置状态寄存器SR中的中断屏蔽位来实现。μC/OS-II中的宏OS_ENTER_CRITICAL（）定义将状态寄存器的中断屏蔽位置位，屏蔽所有的七级中断；OS_EXIT_CRITICAL（）定义将状态寄存器的中断屏蔽位清零，打开所有的七级中断。这种处理方法非常简单，但CPU32提供分级中断机制得不到使用。如果要使用分级中断，必须改写一些相关的函数，将在第4节中阐明。

（3）堆栈方向

MC68K处理器的堆栈是由高地址向低地址递减的，所以OS_STK_GROWTH必须设置为1。

（4）OS_TASK_SW（）函数的定义

在μC/OS -II中，OS_TASK_SW（）用来实现任务切换。就绪任务的堆栈初始化应该模拟一次中断发生后的样子，椎栈中应该按入栈次序设置好各个寄存器。 OS_TASK_SW（）函数模拟一次断过程，在中断返回的进修进行任务切换。CPU32有16个软中断可供选用，称为陷阱TRAP调用。中断程序程序的入口必须指向汇编函数OSCtxSw()。

我们在μC/OS-II所提供的例程中使用的0号陷阱调用，由下面的语句完成定义：

#define OS_TASK_SW() -TRAP(UCOS)

3.OS_CPU32.ASM文件

μC/OS-II的移植需要用户改写OS_CPU_A.ASM中的4个函数：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

（1）OSStartHighRdy()函数

该函数由OSStart()函数调用，功能是运行优先级最高的就绪态任务。在调用OSStart() 之前，用户必须先调用OSInit()，并且已经至少创建了一个任务。为启动任务，OSStartHighRdy（）首先找到当前就绪的优先级最高的任务，OSTCBHighRdy中保存有优先级最高任务的任务控制块（TCB）的地址，并从任务的任务控制块中找到指向堆栈的指针，然后运行指令 MOVEM.L（A7）+，A0-A6/D0-D7，从堆栈中弹出全部寄存器的内容，运行RTE中断返回。由于任务创建时堆栈的结构就是按中断捕捞堆栈结构初始化的，执行RET指令后就切换到了新任务。有关μC/OS- II的任务切换机制，请参考系列计座（3）.
OSStartHighRdy的汇编代码如下：
_OSStarHighRdy
MOVE.L（_OSTCBHighRdy），A1
；获取最高优先级就绪任务的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur）
MOVE.L （A1），A7 ；取得堆栈指针
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7
RTE ；中断返回，切换任务

（2）OSCtxSw( )函数

OSCtxSw( )是一个任务级的任务切换函数（在任务中调用，区别于在中断程序中调用的OSIntCtxSw()，在MC68K系统上，通过执行一条软中断指令来实现任务切换。软中断向量指向函数，而该函数的执行结构可能造成系统任务重新调度（例如，试图唤醒一个优先级更高的任务），则在函数的末尾会调用OSSched ()，OSSched()将查找当前就绪的优先级最高的任务。如果不是当前任务，则判断是否需要进行任务调度，再找到该任务控制块OS_TCB的地址，并将该地址拷贝到变量OSTCBHighRdy中，然后通过宠OS_TASK_SW（）执行软中断，进行任务切换。在此过程中，变量OSTCBCur始终包含一个指向当前运行任务OS_TCB的指针。OSCtxSw()的汇编代码如下：
_OSCtxSw
MOVEM.L A0-A6/D0-D7,-(A7) ;存储当前任务环境
MOVE.L （_OSTCBCur），A1 ；保存当前任务TCB指针
MOVE.L A7，（A1）
MOVE.L （_OSTCBHighRdy），A1 ；获取最高优先级就绪任务的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur） ；将就绪任务设置为当前运行任务
MOVE.L （A1），A7 ；取得新任务的堆栈指针
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7 ；
RTE ；中断返回，切换任务

（3）OSIntCtxSw()函数

在μC/OS -II中，由于中断的产生可能会引起任务切换，在中断服务程序的最后会调用OSICntExit()函数检查任务就绪状态。如果需要进行任务切换，将调用 OSIntCtxSw()，所以，OSIntCtxSw()又称为中断级的任务切换函数。由于在调用OSIntCtxSw()之前已经发生了中断， OSIntCtxSw()默认CPU寄存器已经保存在被中断任务的堆栈了。OSIntCtxSw()的代码与OSCtxSw()的大部分相同，不同之处是：第一，由于中断已经发生，此处不需要再保存CPU寄存器；第二，OSIntCtxSw()需要调整堆栈指针，去掉堆栈中一些不需要的内容，以使堆栈中包含任务的运行环境。
_OSIntCtxSw
ADDA #10，A7 ；忽略掉由于函数嵌套调
；用而压入堆栈的内容
MOVE.L （_CSTCBCur），A1 ；在TCB中保存当前
；任务的堆栈指针
MOVE.L A7，（A1）
MOVE.L （_OSTCBHighRdy），A1
；获取最高优先级就绪任务的TCB地址
MOVE.L A1，（_OSTCBCur） ；将就绪任务设备为当前
；运行任务
MOVE.L （A1），A7 ；取得堆栈指针
MOVEM.L （A7）+，A0-A6/D0-D7 ；
RTE ；中断返回，切换任务