μC/OS-II 移植笔记 1（FreeScale 68HCS12 核单片机）

μC/OS-II移植笔记 1（移植到FreeScale 68HCS12 核单片机,Small Memory Model)

最近空闲下来，花了些时刻研讨了如何将 μC/OS-II 移植到 FreeScale 68HCS12 内核的单片机。其实这个作业前年做过一次，其时是在网上找的附近的移植代码（68HC11核，Bank Memory Model，METROWERKS 编译器）自己做了些修正，内核现已跑起来了，可是在跑串口测验程序（ESBB书上的那个串口模块）时，程序运转一段时刻就会跑飞。其时调试了良久也没有找到问题。这次便是接着前次的作业持续深化的往下做，消除过错。其实前年调试时就现已模糊的想到了过错或许的当地，仅仅当年对 68HCS12 内核还有 CodeWarrior IDE 顺便的 C 编译器、汇编器了解的有限，尤其是对编译器的 C Calling Convention、还有 C 编译器对代码中内嵌汇编的处理简直彻底不知，这种水平下调试不出过错也是天经地义的。
这次咱们有了曾经的根底，这次着眼点直接就放在了编译器对我写的移植代码的处理上，在汇编言语的层面上对移植代码进行了分析，很快（其实也不算快了，花了我整整 2 天时刻）就找到了问题所在，并给出了一个开始的解决方案。现在的移植代码谈不上完美，但至少是正确的。
1. μC/OS-II 版别的挑选
这次的移植代码首要针对 μC/OS-II V2.52，2.52 之后的版别对移植代码的要求大体相同，因而这个移植代码稍加修正就应该能在新版别上运转，而且我信任修正的难度应该很小。 μC/OS-III还没有研讨过，因而移植代码是否合适 μC/OS-III 我就不得而知了。
之所以挑选μC/OS-II V2.52这个版别首要依据两个方面的考虑。首要，Jean J.Labrosse写的那本大名鼎鼎的《MicroC/OS-II The Real-Time Kernel Second Edition》便是依据这个版别写成的，移植过程中遇到问题至少能够翻翻书。别的，这个版别的确也称得上经典，每一行代码都经过经得起琢磨。因而，我挑选了这个版别。
2. 移植代码详解
μC/OS-II 移植首要需求重写 3 个代码文件：
OS_CPU.H
OS_CPU_C.C
OS_CPU_A.S
下面就对移植代码进行详细的阐明。开发环境选用：CodeWarrior Development Studio V5.9.0
2.1 OS_CPU.H
OS_CPU.H 中的代码首要有两部分，榜首部分 typedef 了一系列的根本数据类型和几个宏界说。详细代码如下：

根本数据类型的长度查编译器手册都有详细的阐明。
有点难度的是仓库和状况寄存器，需求查68HCS12内核手册，尽管68HCS12内核是16位的内核，可是仓库是以字节为单位的，所以有如下代码：
typedef unsigned char OS_STK;

68HCS12内核的状况寄存器称为 CCR，也是8位了，因而：
typedef unsigned char OS_CPU_SR;

OS_CPU.H 中还包括对临界区的处理：

上述代码中尽管列出了三种对临界区的不同处理办法，但实践只要第三种是正确的。
榜首种办法直接开关中止，这种办法的问题在于退出临界区后中止就被强制性的翻开了，及时在进入临界区前中止是关着的。在使命级代码中这样做没有太大的问题，由于在执行使命代码是中止根本都是翻开的，中止简直只要在临界区中才是封闭的。可是在中止处理函数中状况就不是这样的了，68HCS12 内核在进入中止处理函数后中止是封闭的，中止处理函数中要调用 OSIntExit()，OSIntExit()中是有临界区的，一退出临界区就会导致中止翻开，CPU 处理新的中止，也便是构成所谓的中止嵌套。而中止嵌套是咱们不期望发生的，由于答应中止嵌套并不能明显提高系统的功能，还会导致各个使命的仓库运用量加大，，关于内存严重的单片机来说，肯定弊大于利。因而，在我的移植代码中不答应中止嵌套，也就否掉了榜首种临界区的处理办法。
第二种办法看似很好，进入临界区时先将 CCR 的值存入仓库然后封闭中止，退出临界区时直接将仓库的内容康复到 CCR。看似很完美的解决办法，实践上却行不通。C 编译器要运用仓库指针的地址来寻址局部变量，而汇编查办 pshc 却改动了仓库指针的指向，导致对局部变量的拜访发生了错位。
要想阐明这个问题还要从 C 编译器对局部变量的处理办法说起，我运用的 C 编译器将局部变量放到仓库上，运用仓库指针（SP）直接寻址局部变量。假如仓库指针指向的地址变了，拜访局部变量时就要出问题。下面用个比方来阐明：

volatile char a = 1;
volatile char b = 2;

__asm pshc; __asm sei;

a = 3;
b = 4;

__asm pulc;

将其转化为汇编代码后如下：

PSHD
volatile char a = 1;
LDAB #1
STAB 1,SP
volatile char b = 2;
LSLB
STAB 0,SP

__asm pshc; __asm sei;
PSHC
SEI
a = 3;
INCB
STAB 1,SP
b = 4;
INCB
STAB 0,SP
__asm pulc;
PULC

PSHD 指令调整仓库指针，在仓库上空出 2 个字节寄存 a 和 b 的值。a 的地址为[SP+1]，b 的地址为[SP]，然后给 a 和 b 赋初值。PSHC 首要调整仓库指针（SP=SP-1），然后将 CCR 寄存器的值存入仓库，这儿需求留意的是68HCS12核的仓库是倒生仓库，实栈顶（也便是说SP指向的是有数据的当地，而不是个空位），而老的68HC11内核是虚栈顶的（SP指向的是个空位）。这时 [SP] 中存的是 CCR 的值， [SP+1]指向 b，[SP+2]指向a。因而， STAB, 0,SP 将本来存的 CCR 的值改成了 4， b 的值却没有任何改动，阐明这款编译器无法感知仓库的变化生成正确的代码。因而第二种办法会导致过错的成果，不能选用。
这儿多说两句，了解 x86 系统的读者能够将 68HCS12 核与 x86 内核做个比照。这两个核都是冯诺依曼结构系统，杂乱指令集，从某种意义上能够说这两种内核具有某种神似。在 x86 内核上大多数编译器也是将局部变量寄存到仓库上，可是不同的是拜访局部变量时用的是 BSP 寄存器而不直接运用 ESP 寄存器，因而在 x86 内核上用第二种办法处理临界区是没有问题的，而且能够认为是一种相当好的办法。从这也能够看出来寄存器多一些的确是有优点的。

第三种办法是完成两个函数 OSCPUSaveSR 和 OSCPURestoreSR。尽管这样会多些函数调用发生的额定开支，却没有了前两种办法的问题。这两个函数详细的完成能够放到OS_CPU_A.S 中，也能够在 OS_CPU_C.C。

假如用 C 言语完成，能够如下：

想要了解上面代码，除了要知道汇编指令 tfr 和 sei 的意义。还要知道所谓的 C 言语调用约好，关于当时代码来说需求知道 C 言语编译器运用何种办法传递函数的参数和返回值。 这些常识在 编译器顺便的文档《S12(X)Build Tools Reference Manual》能够查到。我这儿只介绍直接相关的几条，其他的请自己查阅手册。

我所选用的编译器对参数固定的 C 函数选用 PASCAL 调用约好，参数选用仓库传递，传递次序为从左到右顺次入栈，假如最终一个参数小于 4 个字节则最终一个参数选用寄存器传递。1 字节的参数寄存到寄存器 B 中，OSCPURestoreSR 便是这种状况。函数的返回值假如也是 1 个字节，那么也经过 寄存器 B 传出来，OSCPUSaveSR 便是这种状况。关于这两个函数我就说这么多了。

假如想直接写汇编代码的话也很简单，下面是比方：

xdef OSCPUSaveSR
xdef OSCPURestoreSR
OSCPUSaveSR:
tfr ccr,b ; Its assumed that 8-bit return value is in register B
sei ; Disable interrupts
rts ; Return to caller with D containing the previous CCR

OSCPURestoreSR:
tfr b, ccr ; B contains the CCR value to restore, move to CCR
rts

和上面 C 函数的代码简直相同，没什么可介绍的了。

别的多说一句，我们或许觉得上面的代码能够直接写成内联汇编查办，就不必函数调用了。比方下面的代码：

#define OS_ENTER_CRITICAL() asm (“tpa; staa cpu_sr; sei”)
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm (“ldaa cpu_sr; tap”)

上面的代码看似很好，进入临界区时将 CCR 的值放到 寄存器 a 中，然后存到 cpu_sr 中，再关中止。退出临界区是康复 CCR。问题在于 CodeWarrior Development Studio 中带的 C 编译器太弱智了，无法感知 寄存器 a 被改动了，更无法增加相应的处理代码。自己保存寄存器 a 的内容又很费事，不能直接放到仓库中，否则会影响局部变量的拜访，只能存在 C 编译器能够感知的当地。比方用下面的办法：
char tmp_a;
asm (“staa tmp_a, tpa; staa cpu_sr; sei; ldaa tmp_a”)
asm (“staa tmp_a, tpa; ldaa cpu_sr; tap; ldaa tmp_a”)

这样的开支也不小，不如直接写两个函数便利。

OS_CPU.H 还有几行代码：

都比较简单，OS_TASK_SW()将操作系统运用的中止指定为 SWI 中止，也便是 software interrupt。
仓库成长方向为向下成长。

至此，OS_CPU.H 就写完了。