ATmega128的定时器中断 - μCOS-II在ATmega128单片机上的移植和开发

ATmega128的定时器中断

　　ATmega128 有三个定时器：T0，T1，T2，可以为μCOS-II提供精确的时钟源。ATmega128的三个定时器都有计数溢出中断功能，而且T1和T2还有匹配比较中断，即定时器计数到设定的值时，产生中断并自动清零。若系统采用这种中断方式，其好处是在中断服务程序ISR中不需要重新装载定时器的值。

　　将μCOS-II移植到ATmega128单片机上

　　移植就是使一个实时内核能在ATmega128上运行。μCOS-II大部分的代码是用ANSIC编写的，因此移植性很好。但是对不同的微处理器，仍然需要使用C和汇编语言来编写其中与处理器相关的代码，寄存器的读、写只能通过汇编语言的存储和加载指令来实现。要使μCOS-II能够正常工作，处理器必须满足以下要求：

　　①处理器的C编译器能产生可重入代码;可重入代码是指可以被一个以上的任务调用，而不必担心其数据会被破坏的代码。可重入代码任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以重新运行，而相应的数据不会丢失，不可重入代码则不行。本文所使用ImageCrafT公司的ICCAVRV6. 30编译器能产生可重入代码;

　　②用C语言可以打开和关闭中断，本文所使用的ICCAVRV6. 30编译器支持在C语言中内嵌汇编语句且提供专门开关中断的宏：CLI() 和SEI() 。这样，使得在C语言中开关中断非常方便;

　　③处理器支持中断，并且能够产生定时中断(通常在10-100Hz 之间) ，ATmega128，有3 个定时器，能产生μC/OS-Ⅱ所需的定时中断;

　　④ 处理器能够支持容纳一定数量的硬件堆栈，ATmega128有4KRAM，硬件堆栈可以开辟在这4KRAM中;

　　⑤处理器有将堆栈指针和其他寄存器读取和存储到堆栈或内存的指令，一般的单片机都满足这个要求(如PUSH、POP指令) ，且ATmega128还具有直接访问I/O寄存器的指令( IN、OUT等) 。

　　移植的实现μC/OS-Ⅱ的移植工作包括以下几个内容：

　　(1) 用Typedef声明与编译器相关的数据类型(在OS-CPU. H文件中) ，由于不同的微处理器有不同的字长，在μC/OS-Ⅱ代码中不能使用C语言的shORT、inT、lOng 等数据类型，而采用INT8U、INT16U、INT32U等直观又可移植的数据类型来代换相应数据类型。

　　(2) 用# definE设置一个常量OS-STK-GROWTH的值(OS-CPU. H) ，决定堆栈的生长方向，置0表示堆栈从下往上生长，置1表示堆栈从上往下生长。

　　(3) # definE声明三个宏(OS-CPU. H) 。即进入临界代码段(criTicaLcOdEsecTiOn) 的方法OS-CRITICAL-METHOD定义为3 ，在宏OS-ENTER-CRITICAL() 中得到当前处理器状态字的值，并将其保存在C函数的局部变量中，这个变量在宏OS-EXIT-CRITICAL( ) 中用于恢复PSW。宏OS-TASK-SW() 是在内核从低优先级任务切换到高优先级任务时用到的，它总是在任务级代码中被调用。在ATMEGA128上移植，直接调用OSCTxSw () 任务切换函数就可以了。

　　(4) 用C语言编写十个简单的函数(OS-CPU-C. C) ，OS2TAskSTKIniT() ;OSIniTHoOkBegiN() ;OSIniTHoOKEnd () ; OSTAskCreaTeHoOK( ) ;OSTAskDelHoOK( ) ;OSTAskSw HoOK();OSTAskSTaTHoOK() ;OSTimETickHoOk () ;OSTCB IniTHoOK() ;OSTAsKIdleHoOK() ;实际需要修改的只有OSTAskSTKIniT() 函数，其它九个函数都是由用户定义的。如果用户需要使用这九个函数，可将文件OS-CFG. H中的# definEcOnsTAnTOS-CPU-HOOKS-EN设为1，设为0表示不使用这些函数。函数OSTAskSTKIniT( ) 是由OSTAskCreaTE() 或OSTAskCreaTEExT() 调用，用来初始化任务堆栈的。经初始化后的任务堆栈应该跟发生过一次中断后任务的堆栈结构一样。由前叙述可知，ATmega128在发生中断后，自动保存了程序计数器PC。为了保存全部现场，还需要保存状态寄存器SREG ，R0～R31这32个通用寄存器及SP的值。

　　(5) 编写四个汇编语言函数(OS-CPU-A. S) ，OSSTARTHighRdy () 使就绪态任务中优先级最高的任务开始运行;OSCTxSw () 完成将处理器的寄存器保存到堆栈中的任务后，将任务指针指向要恢复运行的任务，复制新任务的优先级，得到新任务的堆栈指针，恢复将运行任务的寄存器;OSIntC2TxSw () 完成在ISR中执行任务的切换;OSTicKISR() 提供系统时钟节拍服务;这些函数涉及到出栈和入栈操作，因此需要用汇编语言编写。做完以上工作，就是测试内核的移植是否正确。测试一个实时内核，可以运行一些简单的任务和时钟节拍中断任务，一旦调试成功就可以在上面扩展功能。

　　硬件驱动程序的编写

　　μCOS-II移植完成以后，就要在实时内核之上编写外设驱动程序。外设驱动程序可以提供访问外围设备的接口，把操作系统和外围设备硬件分离开来，当外设改变时，只需修改设备驱动程序，不影响操作系统内核。外设驱动程序主要完成以下功能：

　　(1) 对设备初始化和释放;

　　(2) 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;

　　(3) 读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据;

　　(4) 检测和处理设备出现的错误。对于扩展相应的API函数，不同的应用有不同的要求，可以根据硬件结构和实际应用，编写操作系统的API函数。基于μCOS- II进行扩展的RTOS的总体结构。在内核上开发应用，在把内核移植到自己的硬件目标板上后，在实时内核的基础上写出相应的驱动程序、内存操作等API函数，建立实时操作系统，最后利用这些API函数编写用户自己的应用程序，就构成了嵌入式系统软件。而应用程序处于整个系统的顶层，根据具体应用要求，其功能有多个任务完成，每个任务可以调用API函数，也可以调用与处理器无关的代码提供的系统服务。

　　总 结

　　采用μCOS-II内核开发的RTOS具有良好的实时性，可裁剪性，应用它可以使产品更可靠，功能更强大，开发周期更短。该系统目前已在我院开发的护理用体态语言机上成功应用。