為你的51單片機(jī)移植上實時操作系統(tǒng)RTOS吧(蹄牛操作系統(tǒng))

蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX 是一個源代碼開放的、易于移植的、面向嵌入式應(yīng)用的實時操作系統(tǒng) (RTOS)，具有輕量級、低功耗、啟動快、可裁剪、可分散加載等優(yōu)點。主要應(yīng)用領(lǐng)域為工業(yè) 控制，智能傳感器開發(fā)，智能終端，物聯(lián)網(wǎng)，機(jī)器人等。

TINIUX 遵循 MIT 開源許可協(xié)議，可以免費在商業(yè)產(chǎn)品中使用，不需要公布應(yīng)用源碼，沒有 任何潛在商業(yè)風(fēng)險。

目前在 Github 上已開源的 TINIUX 源碼已適配好 MCS‐51 系列下的 8051 與 8052 芯片架構(gòu)， 官方網(wǎng)站上www點tiniux點org提供了不同芯片類型在 Code::Blocks 等平臺上的示例工 程，如果您使用的芯片(開發(fā)板)未在其中，可以參照本文檔從零開始創(chuàng)建自己的開發(fā)工程， 并驗證移植的結(jié)果。

基于 TINIUX 開發(fā)前，我們首先需要準(zhǔn)備好單板運行的環(huán)境，包括軟件環(huán)境和硬件環(huán)境。 硬件環(huán)境：

軟件環(huán)境：

說明

Code::Blocks是一個開放源碼的全功能的跨平臺 C/C++集成開發(fā)環(huán)境。 Code::Blocks 是開放 源碼軟件，由純粹的 C++語言開發(fā)完成，它使用了著名的圖形界面庫 wxWidgets 版。 下載網(wǎng)址：http://www.codeblocks.org/downloads

一般使用選擇 binary release 版本即可，推薦下載 codeblocks‐17.12mingw‐setup.exe 安裝包。

SDCC（Small Device C Compiler）是一個優(yōu)化的 ANSI ‐ C 交叉編譯器，目標(biāo) CPU 為基于 Intel 8051, Maxim 80DS390, Zilog Z80 和Motorola 68HC08 的單片機(jī)。 下載網(wǎng)址：http://sdcc.sourceforge.net/snap.php

用戶可以根據(jù)自己的 PC 操作系統(tǒng)決定下載的版本，我們此次試驗使用的版本為 Supported

Windows ‐ x86 Binaries 安裝版。

‐ 點擊“clone or download”按鈕，下載最新版源代碼，或者通過點擊“releases”標(biāo)簽，下 載官方給出的穩(wěn)定版本。

‐ Doc： 此目錄存放的是蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX 的簡明教程和 API 使用說明等文檔。

‐ Kernel：此目錄存放的是與平臺無關(guān)的內(nèi)核代碼，包含核心提供給外部調(diào)用的接口的頭文 件以及內(nèi)核中進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程通信、內(nèi)存管理等等功能的核心代碼。用戶一般不需要修改此 目錄下的相關(guān)內(nèi)容。

‐ CPU：此目錄以及以下目錄存放的是與體系架構(gòu)緊密相關(guān)的適配 TINIUX 的代碼。比如目前 我們適配了mcs51/8051，mcs51/8052 等系列對應(yīng)的初始化內(nèi)容。用戶只需要根據(jù)所使用的 芯片類型及開發(fā)平臺選擇對應(yīng)的代碼文件即可。

‐ Preset：此目錄存放蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX 的預(yù)設(shè)參數(shù)示例，用戶可根據(jù)芯片類型進(jìn)行調(diào)整 修改。

在安裝好 Code::Blocks 等開發(fā)工具后，我們使用 Code::Blocks 集成開發(fā)環(huán)境創(chuàng)建 TINIUX 工程， 步驟如下：

‐ 彈出窗口為用戶提供了各類工程開發(fā)模板，此處我們選擇 MCS51 Project 模板，如下圖所 示。

‐ 點擊 go 后，出現(xiàn)工程設(shè)置對話框，此處我們輸入工程名稱為 TiniuxDemo，并選擇工程的

文件路徑，如下圖所示。

‐ 點擊 next 后，對編譯工具進(jìn)行選擇，在 Compiler 選項我們選擇 Small Device C Compiler，

其它項采用默認(rèn)設(shè)置即可。如下圖所示。

‐ 點擊 next 后，對芯片內(nèi)存大小進(jìn)行配置，此處需要參照對應(yīng)的芯片手冊。由于要使用實

時操作系統(tǒng) TINIUX，占用的 memory 空間稍大，在 memory model 項，我們采用 large 模式。 在輸出模式項，選擇 CreateIntel hex file，讓工程編譯后生成可以直接燒寫到芯片中的文件。 如下圖所示。

‐ 點擊 finish 之后，一個空的工程即建立完成，新創(chuàng)建完畢的空軟件工程如下所示。

4.2 添加 kernel代碼到工程

‐ 將從 Github 下載的 TINIUX 軟件包（最新版軟件包 TINIUX‐master.zip 或官方穩(wěn)定版軟件包 TINIUX‐ReleaseV2.0.0.zip）解壓，把解壓后的文件夾更名為 TINIUX，并復(fù)制到工程所在的文 件夾，如本例程的 TiniuxDemo 文件夾下。

系統(tǒng)文件。

‐ 在彈出的對話框中選擇對應(yīng)的芯片文件，如本例程中的 TINIUX/CPU/MCS51/SDCC/8051， 如下圖所示：

‐ 點擊按鈕“確定”后，彈出對話框，則直接點擊“OK”即把 8051 文件夾下對應(yīng)的文件加

載到工程中。

‐ 采用同樣的方式加載 TINIUX/Kernel 下對應(yīng)的文件，加載 TINIUX/Preset/MCS51/8051 下對應(yīng) 的文件。添加完畢后，工程目錄中包含文件如下圖所示：

‐ 對應(yīng)的頭文件如下圖所示：

4.3 配置工程屬性

‐ 把蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX  中對應(yīng)的文件加載到工程后，需要為工程（編譯器）指定文件所 在的目錄，以便編譯時能找到對應(yīng)的頭文件。通過菜單 Project‐>Build options…進(jìn)行設(shè)置。如 下圖所示：

‐ 在彈出對話框中，選擇 Search directories 對應(yīng)的 tab 頁面，通過“Add”按鈕添加相關(guān)文件

所在的路徑。

..\TiniuxDemo;

‐ 添加過程中提示是否使用相對路徑，點擊“是”即可。添加完畢之后，所加的路徑如下圖 所示：

添加完畢之后，點擊按鈕“OK”即可；

‐ 根據(jù)芯片類型，調(diào)整默認(rèn)包含的頭文件 需要調(diào)整的頭文件有兩處，一處為 OSPreset.h 文件，一處為main.c 文件；

在 OSPreset.h 文件中，

把#include <mcs51/8052.h>調(diào)整為#include "stc8.h"

在 main.c 文件中，

把#include <mcs51/8051.h>調(diào)整為#include "stc8.h"

注：頭文件 stc8.h 為 SDCC 編譯平臺下對應(yīng)的頭文件，在示例工程中會附帶此文件，用戶可 以參考使用。

‐ 配置完工程后，即可通過菜單 Build‐>Build 進(jìn)行編譯，或者通過 Ctrl‐F9 快捷鍵進(jìn)行編譯， 如下圖所示：

編譯完成后，若提示無錯誤，同時在文件夾 TiniuxDemo/bin/Debug 生產(chǎn)“TiniuxDemo.omf”

與“TiniuxDemo.hex”文件，則移植蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX 成功，此時產(chǎn)生的“TiniuxDemo.hex” 則可以通過相關(guān)工具直接燒寫進(jìn)目標(biāo)芯片中使用。

TINIUX 中提供的功能包括如下內(nèi)容： 任務(wù)創(chuàng)建與刪除、任務(wù)同步（信號量、互斥鎖）、動態(tài) 中斷注冊機(jī)制等等內(nèi)容，更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考“蹄牛操作系統(tǒng) TINIUX 簡明教程”中描述 的相關(guān)內(nèi)容。下面章節(jié)將對任務(wù)和中斷進(jìn)行說明。

TINIUX 簡明教程》中的使用方法來創(chuàng)建管理任務(wù)。

行頻率，即 98MHz，同時定時器使用 CPU 運行頻率的 12 分頻，即 8MHz；

TINIUX 操作系統(tǒng) ticks 運行頻率通過預(yù)置文件“OSPreset.h”中的宏定義 SETOS_TICK_RATE_HZ 來配置。在系統(tǒng)啟動時，通過 FitCPU.c 文件中的 FitSetupTimerInterrupt()函數(shù)，配置芯片指 定的寄存器，使系統(tǒng)時鐘（中斷）參數(shù)生效；

注：在官方示例中，我們通常配置 ticks 頻率為 1000Hz，這個 ticks 頻率主要便于對系統(tǒng)的性 能測試；對于運行主頻不高的 MCS‐51 單片機(jī)系列，適當(dāng)降低 TINIUX 系統(tǒng) ticks 頻率，運行 效率會更高。

‐對于嵌入式系統(tǒng)來說，內(nèi)存都是比較寶貴的資源，因此一般的程序都會嚴(yán)格管理內(nèi)存使用， TINIUX 也一樣，需要使用多大的內(nèi)存，可以根據(jù)實際的 task 數(shù)量、信號量、互斥鎖、timer、 消息隊列、鏈表等內(nèi)容的數(shù)量來決定的（根據(jù)各自的結(jié)構(gòu)體大小以及數(shù)量計算），總的內(nèi)存 池的大小由系統(tǒng)宏定義 OSTOTAL_HEAP_SIZE 來確定。

‐TINIUX 中的內(nèi)存使用可以通過參數(shù)預(yù)置文件“OSPreset.h”進(jìn)行配置。在系統(tǒng)預(yù)置文件中使 用宏定義SETOS_TOTAL_HEAP_SIZE 來確定內(nèi)存池的大小，并以此來管理任務(wù)、信號量、消息 隊列等等資源的創(chuàng)建。

‐對于 MCS‐51 單片機(jī)，運行效率高的 RAM 空間一般在 256 字節(jié)，擴(kuò)展的 XRAM 空間會稍大， TINIUX 系統(tǒng)在啟動時，處于掛起及休眠狀態(tài)的任務(wù)或分配到 XRAM 空間，只有當(dāng)前運行的任 務(wù)會分配到 RAM 空間。同時為了減少對 XRAM 空間的占用，推薦裁剪掉信號量、互斥鎖、 timer、消息隊列等功能模塊，只啟用系統(tǒng)內(nèi)輕量級的同步信號與同步消息功能。

‐ 目前 TINIUX 官方已經(jīng)支持 MCS‐51/8051 8052 等系列的芯片，用戶若需移植 TINIUX 到其他 內(nèi)核的芯片時，需要在 CPU下添加一個芯片所屬系列的目錄，并且在該新增加的目錄下添 加 FitType.h、FitCPU.h、FitCPU.c 等文件，或根據(jù)開發(fā)平臺（SDCC，keil，IAR 等）的要求， 添加相應(yīng)的匯編文件。FitType.h 文件主要根據(jù)平臺的特點定義 TINIUX 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型， FitCPU.c 文件主要定義系統(tǒng) ticks 中斷，SVC 中斷，中斷鎖定，task 調(diào)度及調(diào)度時寄存器的保 存與恢復(fù)等。

‐ 目前 TINIUX 官方適配了 MCS‐51/8051 8052 等系列的芯片移植文件，其中 8051 系列的移植 文件使用了傳統(tǒng) 51 定時器Timer0 的模式 1，具有 16 位寬，但無法自動重載，系統(tǒng)會自動 根據(jù) ticks 頻率設(shè)置 timer0 重載起點。此種定時器模式的優(yōu)點是適用于大多數(shù) 51/52 等系列 的單片機(jī)，但是會導(dǎo)致系統(tǒng)時間漂移。目前很多芯片生產(chǎn)廠商都優(yōu)化了 Timer0 的功能，若 具有 16 位寬并且具有自動重載的模式，建議用戶配置使用，或者使用其他 Timer 定時器。