在嵌入式操作系統(tǒng)領域，由Jean J. Labrosse開發(fā)的μC/OS，由于開放源代碼和強大而穩(wěn)定的功能，曾經一度在嵌入式系統(tǒng)領域引起強烈反響。而其本人也早已成為了嵌入式系統(tǒng)會議（美國）的顧問委員會的成員。

　　不管是對于初學者，還是有經驗的工程師，uC/OS開放源代碼的方式使其不但知其然，還知其所以然。通過對于系統(tǒng)內部結構的深入了解，能更加方便地進行開發(fā)和調試；并且在這種條件下，完全可以按照設計要求進行合理的裁減、擴充、配置和移植。通常，購買RTOS往往需要一大筆資金，使得一般的學習者望而卻步；而uC/OS對于學校研究完全免費，只有在應用于盈利項目時才需要支付少量的版權費，特別適合一般使用者的學習、研究和開發(fā)。自1992第1版問世以來，已有成千上萬的開發(fā)者把它成功地應用于各種系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性已經得到認證，現已經通過美國FAA認證。

1 uC/OS II的幾大組成部分
　　uC/OS II可以大致分成核心、任務處理、時間處理、任務同步與通信，CPU的移植等5個部分。

　　核心部分(OSCore.c) 是操作系統(tǒng)的處理核心，包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運行、中斷進出的前導、時鐘節(jié)拍、任務調度、事件處理等多部分。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。

　　任務處理部分(OSTask.c) 任務處理部分中的內容都是與任務的操作密切相關的。包括任務的建立、刪除、掛起、恢復等等。因為uC/OS II是以任務為基本單位調度的，所以這部分內容也相當重要。

　　時鐘部分(OSTime.c) uC/OS II中的最小時鐘單位是timetick（時鐘節(jié)拍）。任務延時等操作是在這里完成的。

　　任務同步和通信部分 為事件處理部分，包括信號量、郵箱、郵箱隊列、事件標志等部分；主要用于任務間的互相聯(lián)系和對臨界資源的訪問。

　　與CPU的接口部分是指uC/OS II針對所使用的CPU的移植部分。由于uC/OS II是一個通用性的操作系統(tǒng)，所以對于關鍵問題上的實現，還是需要根據具體CPU的具體內容和要求作相應的移植。這部分內容由于牽涉到SP等系統(tǒng)指針，所以通常用匯編語言編寫。主要包括中斷級任務切換的底層實現、任務級任務切換的底層實現、時鐘節(jié)拍的產生和處理、中斷的相關處理部分等內容。

2 對于MSP430的中斷處理

　　2.1 函數調用和中斷調用的操作
　　MSP430最常使用的C編譯器應該就是IAR Embedd-ed WorkBench。對于這一編譯器來說，通過分析和研究，發(fā)現它有以下規(guī)律。

　　(1)函數調用
　　如果是函數級調用，編譯器會在函數調用時先把當前函數PC壓棧，然后調用函數，PC值改變。如果被調用的函數帶有參數，那么，編譯器按照以下的規(guī)則進行。最左邊的兩個參數如果不是struct（結構體）或者union（聯(lián)合體），將被賦值到寄存器，否則將被壓棧。函數剩下的參數都將被壓棧。根據最左邊的那兩個參數的類型，分別賦值給R12（對于32位類型賦值給R12:R13）和R14(對于32位類型賦值給R14:R15)。

　　(2)中斷調用
　　如果是在中斷中調用中斷服務子程序的話，編譯器將把當前執(zhí)行語句的PC壓棧，同時再把SR壓棧。接著，根據中斷服務子程序的復雜程度，選擇把 R12~R15中的寄存器壓棧。然后，執(zhí)行中斷服務子程序。中斷處理結束后再把Rx寄存器出棧，SR出棧，PC出棧。把系統(tǒng)恢復到中斷前的狀態(tài)，使程序接著被中斷的部分繼續(xù)運行。

　　2.2 任務級和中斷級的任務切換步驟和原理

(1)任務級的任務切換原理
　　 uC/OS II是一個多任務的操作系統(tǒng)，在沒有用戶自己定義的中斷情況下，任務間的切換步驟是這樣的：任務間的切換一般會調用OSSched()函數。函數的結構如下：

void OSSched(void){
關中斷
如果（不是中斷嵌套并且系統(tǒng)可以被調度）{
確定優(yōu)先級最高的任務
如果（最高級的任務不是當前的任務）{
調用OSCtxSw();
}
}
開中斷
}

　　我們把這個函數稱作任務調度的前導函數。它先判斷要進行任務切換的條件，如果條件允許進行任務調度，則調用OSCtxSw()。這個函數是真正實現任務調度的函數。由于期間要對堆棧進行操作，所以OSCtxSw()一般用匯編語言寫成。它將正在運行的任務的CPU的SR寄存器推入堆棧，然后把 R4~R15壓棧。接著把當前的SP保存在TCB->OSTCBStkPtr中，緩蟀炎罡哂畔燃兜腡CB->OSTCBStkPtr的值賦值給SP。這時候，SP就已經指到最高優(yōu)先級任務的任務堆棧了。然后進行出棧工作，把R15~R4出棧。接著使用RETI返回，這樣就把SR和PC出棧了。簡單地說，uC/OS II切換到最高優(yōu)先級的任務，只是恢復最高優(yōu)先級任務所有的寄存器并運行中斷返回指令（RETI），實際上，所作的只是人為地模仿了一次中斷。

　　(2)中斷級的任務切換原理
　　uC/OS II的中斷服務子程序和一般前后臺的操作有少許不同，往往需要這樣操作：

保存全部CPU寄存器
調用OSIntEnter()或OSIntNesting++
開放中斷
執(zhí)行用戶代碼
關閉中斷
調用OSIntExit();
恢復所有CPU寄存器
RETI

　　OSIntEnter()就是將全局變量OSIntNesting加1。OSIntNesting是中斷嵌套層數的變量。uC/OS II通過它確保在中斷嵌套的時候，不進行任務調度。執(zhí)行完用戶的代碼后，uC/OS II調用OSIntExit()，一個與OSSched()很像的函數。在這個函數中，系統(tǒng)首先把OSIntNesting減1，然后判斷是否中斷嵌套。如果不是的話，并且當前任務不是最高優(yōu)先級的任務，那么找到優(yōu)先級最高的任務，執(zhí)行 OSIntCtxSw()這一出中斷任務切換函數。因為，在這之前已經做好了壓棧工作；在這個函數中，要進行R15~R4的出棧工作。而且，由于在之前調用函數的時候，可能已經有一些寄存器被壓入了堆棧。所以要進行堆棧指針的調整，使得能夠從正確的位置出棧。

3 使用uC/OS II存在的問題和解決方法
　　由于uC/OS II在應用的時候會占用單片機上的一些資源，如系統(tǒng)時鐘、RAM、Flash或者ROM，從而減少了用戶程序對資源的利用。對于 MSP430來說，RAM的占用是特別突出的問題。對于8、16位的單片機來說，片內的RAM容量都很小，MSP430也是如此（最大的片內RAM也只有 2KB，例如MSP430F149）。如果使用擴展內存，會大大增加設計難度。

　　通過對 uC/OS II的分析可以得知，μC/OS- II占用的RAM主要是用在每個任務的TCB、每個任務的堆棧等方面。通過進一步分析，發(fā)現任務堆棧大的原因是因為MSP430的硬件設計中沒有把中斷堆棧和任務堆棧分開。這樣就造成了在應用uC/OS II的時候，考慮每個任務的任務堆棧大小時，不單單需要計算任務中局部變量和函數嵌套層數，還需要考慮中斷的最大嵌套層數。因為，對于uC/OS II原始的中斷處理的設計、中斷處理過程中的中斷嵌套中所需要壓棧的寄存器大小和局部變量的內存大小，都需要算在每個任務的任務堆棧中，則對于每一個任務都需要預留這一部分內存，所以大量的RAM被浪費。從這里可以看出，解決這一問題的直接方法就是把中斷堆棧和每個任務自己的堆棧分開。這樣，在計算每個任務堆棧的時候，就不需要把中斷處理中（包括中斷嵌套過程中）的內存的占用計算到每個任務的任務堆棧中，只需要計算每個任務本身需要的內存大小，從而提高了 RAM的利用率，可以緩解內存緊張的問題。

　　在這種設計方案中，中斷堆棧區(qū)也就是利用原有的 MSP430中的系統(tǒng)堆棧區(qū)。在前后臺的設計形式中，中斷中的壓棧和出棧的操作都是在系統(tǒng)的堆棧區(qū)完成的?；趗C/OS II的任務切換的原理，我們對于任務堆棧的功能和系統(tǒng)堆棧的功能做了以下劃分：任務在運行過程中產生中斷和任務切換的時候，PC和SR以及寄存器Rx都保存在各個任務自己的任務堆棧中；而中斷嵌套產生的壓棧和出棧的操作都是放在系統(tǒng)堆棧中進行的。這種劃分方式是基于盡量將中斷任務與普通任務分開的思想設計的。


　　從前面對于IAR EW的默認操作分析來看，堆棧的結構可以有兩種。一種是把uC/OS II的任務堆棧設計成圖1所示的形式。這種方法是把編譯器默認的壓棧操作放在前面，然后再把剩下的寄存器進棧。但是，由于編譯器在處理復雜程度不同的中斷服務程序的時候，壓入棧的寄存器的數量不定，所以會對以后其余寄存器的壓棧和出棧操作增加復雜度。這里，我們采用了圖2所示的方式生成堆棧。在這種堆棧中，PC和SR壓棧后，通過調整SP指針，使得R4~R15寄存器覆蓋編譯器默認壓棧的寄存器。這樣，處理的難度會小一點。