本文详细介绍了把μC/OS-Ⅱ移植到ATMEL公司的8位微控制器ATmega128上的全过程。所谓移植，就是使一个实时内核能在

    某个微处理器或微控制器上运行。在移植之前，希望读者能熟悉所用微处理器和C编译器的特点。

1 ATmega128的内核特点

    之所以要先介绍ATmega128 MCU内核特点，是因为在μC/OS-Ⅱ的移植过程中，仍需要用户用C语言和汇编语言编写一些与微 
处理器相关的代码。这里主要介绍ATmega128与μC/OS-Ⅱ移植相关的内核特点。如果读者已经对ATmega128 比较了解了，
那就不必阅读这一部分了。

1.1微控制器 （MCU）

    ATmega128的MCU包括一个算术逻辑单元（ALU），一个状态寄存器（SREG），一个通用工作寄存器组和一个堆栈指针。状态
寄存器（SREG）的最高位I是全局中断允许位。如果全局中断允许位为零，则所有中断都被禁止。当系统响应一个中断后，I位将由硬件自动清“0”；当执行中断返回（RETI）指令时，I位由硬件自动置“1” ，从而允许系统再次响应下一个中断请求。

    通用工作寄存器组是由32个8位的通用工作寄存器组成。其中R26～R31这6个寄存器还可以两两合并为3个16位的间接
地址寄存器。这些寄存器可以用来对数据存储空间进行间接寻址。这3个间接地址寄存器的名称为：X寄存器、Y寄存器、Z
寄存器。其中Z寄存器还能用作对程序存储空间进行间接寻址的寄存器。有些AVR C语言编译器还把Y寄存器作为软件堆栈的
堆栈指针，比如ICC- AVR，CodevisionAVR。

    堆栈指针（SP）是一个指示堆栈顶部地址的16位寄存器。在ICCAVR中，它被用作指向硬件堆栈的堆栈指针。AVR单片
机上电复位后，SP指针的初始值为0x0000，由于AVR单片机的堆栈是向下生长的（从高地址向低地址生长），所以系统程序
一开始必须对堆栈指针SP进行初始化，即将SP的值设为数据存储空间的最高地址。ICCAVR编译器在链接C程序文件的时 候，会自动在程序头链入startup文件。startup文件里面的程序将会去做初始化SP指针的工作。链入startup文件是ICCAVR 这个编译器的特点，在用其它编译器的时候，希望读者确认所使用的编译器是否带有自动初始化SP的功能，若没有，应在 用户程序中初始化SP。

1.2 数据存储空间（仅内部）

    AVR单片机的数据存储器是线形的，从低地址到高地址依次是CPU寄存器区（32个通用寄存器），I/O寄存器区，数据存储区 

    ICCAVR编译器又将数据存储区划分为全局变量和字符串区，软件堆栈区和硬件堆栈区三个空间。

高地址
硬件堆栈区
软件堆栈区
全局变量和字符串区
I/O寄存器区
CPU寄存器区
低地址

    ICCAVR编译器将堆栈分成了两个功能不同的堆栈来处理（这一点与8051系列的单片机编译器处理方式不同）。硬件堆栈用于储存子程序和中断服务子程序调用时的函数返回地址。这块数据区域由堆栈指针SP进行寻址，数据的进栈和出栈有专门的汇编指令（pop，push等）支持，所以叫做硬件堆栈区。软件堆栈用于传递参数，储存临时变量和局部变量。这块数据区域是用软件模拟堆栈储存数据的方式进行数据存储，对该区域寻址的指针由用户自己定义，所以叫做软件堆栈区。AVR单片机的硬件堆栈的生长方向是向下的（从高地址向低地址生长），所以软件堆栈在定义的时候，也采取相同的 生长方向。

    这里没有用ATmega128而采用AVR单片机的提法是因为ATmega128属于AVR系列单片机中的一种，而所有的AVR单片机的数据存储器组织方式都是一致的。在创建μC/OS-Ⅱ的任务栈时，需要了解所用微处理器数据存储空间尤其是堆栈空间的组 形式及相关的操作。读者应参阅所用微处理器的资料和编译器的帮助文档，了解该部分知 识。

1.3 ATmega128的中断响应机制

    ATmega128有34个不同的中断源，每个中断源和系统复位在程序存储空间都有一个独立的中断向量（中断入口地址）
。每个中断源都有各自独立的中断允许控制位，当某个中断源的中断允许控制位为“1”且全局中断允许位I也为“1”时，
系统才响应该中断。

    当系统响应一个中断请求后，会自动将全局中断允许位I清零，此时，后续中断响应被屏蔽。当系统执行中断返回指令RETI时，会将全局中断允许位I置“1”，以允许响应下一个中断。若用户想实现中断嵌套，必须在中断服务子程序中将全局中断允许位I置“1”。（这一点与8051系列的单片机不同）中断向量表中，处于低地址的中断具有高的优先级。优先级高只是表明在多个中断同时发生的时候，系统先响应优 先级高的中断，并不含有高优先级的中断能打断低优先级的中断处理工程的意思。这与8051系列单片机的中断优先级概念
不同。

    由于μC/OS-Ⅱ的任务切换实际上是模拟一次中断，因此需要知道CPU的中断响应机制。中断发生时,ATmega128按以下
步骤顺序执行：

A. 全局中断允许位I清零。
B. 将指向下一条指令的PC值压入堆栈，同时堆栈指针SP减2。
C. 选择最高优先级的中断向量装入PC，程序从此地址继续执行中断处理。
D. 当执行中断处理时，中断源的中断允许控制位清零。

    中断结束后，执行RETI指令，此时
A. 全局中断允许位I置“1”。
B. PC从堆栈推出，程序从被中断的地方继续执行。

    特别要注意的是：AVR单片机在响应中断及从中断返回时，并不会对状态寄存器SREG和通用寄存器自动进行保存和恢复操作
，因此，对状态寄存器SREG和通用寄存器的中断保护工作必须由用户来完成。

1.4 ATmega128的定时器中断

    ATmega128有三个定时器：T0,T1,T2；它们三者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。但本文出于通用性的考虑，仍采用定时器计数溢出中断方式

2 μC/OS-Ⅱ的移植

2.1移植条件

     要实现μC/OS-Ⅱ的移植，所用的处理器和编译器必须满足一定的条件：

(1) 所用的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ICCAVR V6.29
编译器能产生可重入代码。

（2） 用C语言就可以打开和关闭中断。
    本文所使用的ICCAVR V6.29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，并且能产生定时中断（通常在10至100Hz之间）本文使用的ATmega128，有3个定时器，能产生μC/OS-Ⅱ
所需的定时中断。

（4） 处理器支持能够容纳一定数量数据的硬件堆栈。本文使用的ATmega128有4K RAM，硬件堆栈可以开辟在这4K RAM中。

（5） 处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器从内存中读出和存储到堆栈或内存中的指令。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），它比8051系列的单片机更容易实现上述

要求。

2.2移植的实现

μC/OS-Ⅱ的移植工作包括以下几个内容：
用typedef声明与编译器相关的10个数据类型(OS_CPU.H)
用#define设置一个常量的值(OS_CPU.H)
#define声明三个宏(OS_CPU.H)
用C语言编写六个简单的函数(OS_CPU_C.C)
编写四个汇编语言函数(OS_CPU_A.S)
根据这几项内容，本文逐步来完成。

2.2.1 INCLUDES.H文件

    是主头文件，在所有后缀名为.C的文件的开始都包含INCLUDES.H文件。使用INCLUDES.H的好处是所有的.C文件都只包含一
个头文件，简洁，可读性强。缺点是.C文件可能会包含一些它并不需要的头文件，增加编译时间。我们是以增加编译时间
为代价来换取程序的可移植性的。用户可以改写INCLUDES.H文件，增加自己的头文件，但必须加在文件末尾。

程序清单L2.2.1 INCLUDES.H.
#include <iom128v.h> // ATmega128的寄存器头文件
#include <macros.h> // ICCAVR的宏
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h> //一些C语言的标准库

/*
***************************************************************************
* μC/OS-Ⅱ 头文件
***************************************************************************
*/
#include "G:\Porting\ICCAVR\porting12_8\ATmega128\os_cpu.h"
#include "G:\Porting\ICCAVR\Porting12_8\EX1_mega128\os_cfg.h"
#include "G:\Porting\ICCAVR\Porting12_8\SOURCE\ucos_ii.h"
    要注意，μC/OS-Ⅱ 的3个头文件的先后顺序是：os_cpu.h，os_cfg.h最后是ucos_ii.h。

2.2.2 OS_CPU.H文件

    OS_CPU.H包括了用#define定义的与处理器相关的常量、宏和类型定义。其中需要注意以下三点：
一是堆栈的生长方向。正如前面所述，ATmega128的堆栈生长方向是向下生长，即从高地址到低地址，因此，OS_STK_GROWT
H要被定义为1。

    二是进入临界代码段(critical code section)的方法。μC/OS-II提供了三种进入临界代码段的方法,第一种方法是直接对
中断允许位置1或清零，即进入临界代码段时，把中断允许位清零，退出临界代码段时，把中断允许位置1；第二种方法是进入临界代码段时，先将中断状态保存到堆栈中，然后关闭中断。与之对应的是，退出临界代码段时，从堆栈中恢复前面保存的中断状态。第三种方法是，由于某些编译提供了扩展功能，用户可以得到当前处理器状态字的值，并将其保存在C函的局部变量之中。这个变量可用于恢复状态寄存器SREG的值。由于ICCAVR不提供此项扩展功能，所以本文暂不考虑用第    三种方法进入临界代码段。第一种方法存在着一个小小的问题：如果在关闭中断后调用μC/OS-II的功能函数，当函数返 回后，中断可能会被打开。我们希望如果在调用μC/OS-II的功能函数前，中断是关着的，那么在函数返回后，中断仍然是关着的。方法1显然不满足要求。本文使用μC/OS-II的第二种方法——先将中断状态保存到堆栈中，然后关闭中断。

    三是任务切换函数OS_TASK_SW( )是个宏，具体的实现是在OSCtxSw( )（OS_CPU_A.S）中
程序清单L 2.2.2 OS_CPU.H.
#ifdef OS_CPU_GLOBALS
#define OS_CPU_EXT
#else
#define OS_CPU_EXT extern
#endif
/*
**************************************************************************
* 数据类型
* (与编译器相关的内容)
*************************************************************************
*/
typedef unsigned char BOOLEAN;
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 unsigned long INT32U; // 无符号32位数
typedef signed long INT32S; // 带符号32位数
typedef float FP32; // 单精度浮点数

typedef unsigned char OS_STK; // 堆栈入口宽度为8位
typedef unsigned char OS_CPU_SR; // 定义状态寄存器为8位
/*
*************************************************************************
*
*方法 #1: 用简单指令开关中断。
* 注意，用方法1关闭中断，从调用函数返回后中断会重新打开！
* 方法 #2: 关中断前保存中断被关闭的状态.
*
*************************************************************************
*/
#define OS_CRITICAL_METHOD 2

#if OS_CRITICAL_METHOD == 1
#define OS_ENTER_CRITICAL() _CLI() // 关闭中断
#define OS_EXIT_CRITICAL() _SEI() // 打开中断
#endif

#if OS_CRITICAL_METHOD == 2
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm("st -y,r16\n in r16,0x3F\n cli\n push r16\n
ld r16,y+"); // 关闭中断
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm("st -y,r16\n pop r16\n out 0x3F,r16\n ld
r16,y+"); // 打开中断
#endif
#define OS_STK_GROWTH 1 // 堆栈向下生长
#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()
2.2.3 OS_CPU_C.C文件
μC/OS-II的移植需要用户编写OS_CPU_C.C中的十个函数：
OSTaskStkInit()；
OSInitHookBegin ()；
OSInitHookEnd ()；
OSTaskCreateHook()；
OSTaskDelHook()；
OSTaskSwHook()；
OSTaskStatHook()；
OSTimeTickHook()；
OSTCBInitHook ()；
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#define constant OS_CPU_HOOKS_EN设为1，设为0表示不使用这些函数。本文自定义的任务堆栈结构下图所示
。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。

    需要注意的是：μC/OS-Ⅱ规定，在建立任务时，只能传递一个参数给任务，而且这个参数是一个指针；ICCAVR编译器规定，传递给函数的第一个参数是放在R16、R17中的，所以在R16、R17的位置中放置的是向任务传递的参数。R28、R29的 值不需要入栈，是因为R28、R29所组成的Y指针被用作软件堆栈的指针返回给调用函数。

    根据上述自定义任务堆栈的结构，编写OSTaskStkInit()。其程序清单如2.2.3所示。

程序清单L 2.2.3 OS_CPU_C.C
#define OS_CPU_GLOBALS
#include "G:\Porting\ICCAVR\porting12_8\EX1_mega128\includes.h" //包含头文件
/*
*************************************************************************
* 九个接口函数（暂未使用）
*************************************************************************
*/
#if OS_CPU_HOOKS_EN > 0 && OS_VERSION > 203
void OSInitHookBegin (void)
{
}
#endif
... ...
/*
*************************************************************************
* OSTaskStkInit()
*************************************************************************
*/
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *p_arg, OS_STK *ptos,
INT16U opt)
{
INT8U *psoft_stk;
INT8U *phard_stk; //为操作AVR单片机软、硬件堆栈而建立的临时指针
INT16U tmp;

opt = opt; //opt未使用,此处可防止编译器的警告
psoft_stk = (INT8U *)ptos; // 载入堆栈指针
phard_stk = (INT8U *)ptos
- OS_TASK_SOFT_STK_SIZE // 任务栈栈空间的大小
L1
+ OS_TASK_HARD_STK_SIZE; // 系统返回的堆栈（硬件堆栈） L2
tmp = *(INT16U const *)task;
*phard_stk-- = (INT8U)tmp;
*phard_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); //把任务入口地址放入硬件堆栈
//******************通用寄存器入栈**************************/
*psoft_stk-- = (INT8U)0x00; // R0 = 0x00 L3
*psoft_stk-- = (INT8U)0x01; // R1 = 0x01
*psoft_stk-- = (INT8U)0x02; // R2 = 0x02
*psoft_stk-- = (INT8U)0x03; // R3 = 0x03
*psoft_stk-- = (INT8U)0x04; // R4 = 0x04
*psoft_stk-- = (INT8U)0x05; // R5 = 0x05
*psoft_stk-- = (INT8U)0x06; // R6 = 0x06
*psoft_stk-- = (INT8U)0x07; // R7 = 0x07
*psoft_stk-- = (INT8U)0x08; // R8 = 0x08
*psoft_stk-- = (INT8U)0x09; // R9 = 0x09
*psoft_stk-- = (INT8U)0x10; // R10 = 0x10
*psoft_stk-- = (INT8U)0x11; // R11 = 0x11
*psoft_stk-- = (INT8U)0x12; // R12 = 0x12
*psoft_stk-- = (INT8U)0x13; // R13 = 0x13
*phard_stk-- = (INT8U)tmp;
*phard_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); //把任务入口地址放入硬件堆栈
//***********R16、R17的位置中放置向任务传递的参数*****************/
tmp = (INT16U)p_arg;
*psoft_stk-- = (INT8U)tmp;
*psoft_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8);
*psoft_stk-- = (INT8U)0x18; // R18 = 0x18
*psoft_stk-- = (INT8U)0x19; // R19 = 0x19
*psoft_stk-- = (INT8U)0x20; // R20 = 0x20
*psoft_stk-- = (INT8U)0x21; // R21 = 0x21
*psoft_stk-- = (INT8U)0x22; // R22 =
0x22
*psoft_stk-- = (INT8U)0x23; // R23 = 0x23
*psoft_stk-- = (INT8U)0x24; // R24 =
0x24
*psoft_stk-- = (INT8U)0x25; // R25 = 0x25
*psoft_stk-- = (INT8U)0x26; // R26 = 0x26
*psoft_stk-- = (INT8U)0x27; // R27 = 0x27
/***R28、R29用作软件堆栈的指针储存在任务控制块OS_TCB的OSTCBStkPtr中***/
*psoft_stk-- = (INT8U)0x30; // R30 = 0x30
*psoft_stk-- = (INT8U)0x31; // R31 = 0x31L2
*psoft_stk-- = (INT8U)0x80; // SREG = 0x80，开全局中
断
tmp = (INT16U)phard_stk;
*psoft_stk-- = (INT8U)(tmp >> 8); // SPH
*psoft_stk = (INT8U) tmp; // SPL
return ((void *)psoft_stk);
} 
   接下去的工作便是测试移植的代码，具体的测试工作，请参考邵贝贝译的《嵌入式实时操作系统μC/OS-II（第2版）》。