嵌入式系统/ARM技术中的μC/OS—II的嵌入式串口通信模块设计
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2020-12-13
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的技术中的μC/OS—II的嵌入式串口通信模块设的嵌入式串口通信模块设
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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
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的中断处理及的中断处理及51系列单片机中断系统分析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。
CSEGAT0023H ；串口中断响应入口地址
LJMPSerialISR；转移到串口中断子程序入口地址
RSEG？PR?SeriallSR？OS_CPU_A
SerialISR：
USINGO
CLR EA ；先关中断，以防中断嵌套
PUSHALL ；已定义的压栈宏，用于将
；CPU寄存器的值压入堆栈
LCALL_?OSIntEnter ；监视中断嵌套
LCALL_?Serial ；串口中断服务程序
LCALL_?OSintExlt
SETBEA
POPALL；已定义的出栈宏，将CPU寄存器的值出栈
RETI
2 串口驱动程序串口驱动程序
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，所以需要一个缓冲区．向串口发送数据时，只要把数据写到缓
冲区中，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
数据可以先存于缓冲区中。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缓冲区，分别为接收缓冲区和发送缓冲区。这里把缓冲区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缓冲区两端的操作进行
同步。串口的操作模式如下：用户任务想写，但缓冲区满时，在信号量上睡眠，让CPU运行别的任务，待ISR从缓冲区读走数
据后唤醒此睡眠的任务；同样，用户任务想读，但缓冲区空时，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
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