用協(xié)處理器提高IJLC／OSn，Il的實時性

引 言
    μC／OS-II最多支持63個任務(wù)，并支持信號量、郵箱、消息隊列等多種進程間通信機制；同時，用戶可以根據(jù)需求對內(nèi)核中的功能模塊進行裁剪。將μC／OS-II應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，對于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短開發(fā)周期和降低成本都有重要的意義。
    為了保證系統(tǒng)的實時性，μC／OS-II采用查表策略，使優(yōu)先級最高的任務(wù)一旦進入就緒態(tài)就立刻可以運行。這種查表算法與應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目無關(guān)，執(zhí)行時間是固定值，從而保證了系統(tǒng)的硬實時性。μC／OS-II實時內(nèi)核中唯一一個執(zhí)行時間受任務(wù)數(shù)目影響的函數(shù)是時鐘節(jié)拍，時鐘節(jié)拍的中斷服務(wù)子程序需要遍歷所有使用延遲函數(shù)的任務(wù)，故執(zhí)行時間與任務(wù)數(shù)目有關(guān)，為非固定值。此外，時鐘節(jié)拍的頻率也不能太高，否則會因為CPU頻繁加載中斷服務(wù)子程序，導(dǎo)致加重了CPU負荷，影響μC／OS-II的實時性。
    Freescale公司的16位HCS12X(簡稱“S12X”)系列單片機引入了一個協(xié)處理器，名為“XGATE”。與普通意義上的浮點協(xié)處理器不同，這個協(xié)處理器主要用來處理中斷。如果采用協(xié)處理器來處理μC／OS-II時鐘節(jié)拍的中斷，那么主CPU無需頻繁加載中斷服務(wù)子程序，從而保證μC／OS-II內(nèi)核的所有函數(shù)執(zhí)行時間都為固定值。這樣，μC／OS-II的實時性就得到了保證，還能以提高時鐘節(jié)拍中斷頻率的方法提高應(yīng)用系統(tǒng)定時的精度。

1 單片機中的協(xié)處理器
    HCS12X系列單片機中的XGATE協(xié)處理器是精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)的處理器，它的工作時鐘頻率是S12X主CPU的2倍。主CPU初始化系統(tǒng)時可決定使用或禁用XGATE。若使用，則XGATE在初始化后就獨立地運行，并通過雙端口RAM與CPU交換數(shù)據(jù)，必要時向主CPU發(fā)中斷請求。
    XGATE處理完所有的中斷后進入休眠態(tài)，停止運行，直到下一次中斷發(fā)生。XGATE比較適合響應(yīng)的中斷主要是加載頻率高的中斷，或不帶通信緩沖區(qū)的I／O中斷，例如SCI發(fā)送或接收中斷、PWM輸出中斷等。而對于本身帶發(fā)送、接收緩沖區(qū)的中斷(如CAN中斷、USB中斷等)，采用協(xié)處理器處理中斷優(yōu)勢不明顯。
    μC／OS-II的時鐘節(jié)拍中斷是一個頻繁發(fā)生的中斷，所以很適合采用XGATE來響應(yīng)。以下重點介紹如何用XGATE協(xié)處理器響應(yīng)μC／0S—II的時鐘節(jié)拍中斷。

2 用XGATE實現(xiàn)μC／OS-II的時鐘節(jié)拍
    μC／0S-11的時鐘節(jié)拍中斷可以采用單片機的實時中斷(Real-Time Interrupt，RTI)來實現(xiàn)。當然也可以使用定時器中的計數(shù)器來產(chǎn)生時鐘節(jié)拍，原理相同，方法近似。使用XGATE來響應(yīng)RTI中斷，實現(xiàn)時鐘節(jié)拍時，XGATE協(xié)處理器和主CPU的分工如表1所列。

    XGATE負責(zé)響應(yīng)RTI中斷，實現(xiàn)時鐘節(jié)拍，并完成任務(wù)延時計數(shù)；在任務(wù)延時完成后，通知CPU進行任務(wù)調(diào)度。另外，XGATE還用來響應(yīng)其他中斷，在需要任務(wù)調(diào)度時通知CPU。主CPU則只負責(zé)運行任務(wù)(包括系統(tǒng)任務(wù))和任務(wù)調(diào)度，只有在需要任務(wù)調(diào)度時才會加載中斷服務(wù)子程序。使用XGATE來實現(xiàn)時鐘節(jié)拍的具體設(shè)置步驟如下所述。
2．1 將RTI中斷的控制權(quán)交給XGATE
    為了將RTI中斷交由XGATE來處理，系統(tǒng)初始化時需要設(shè)置S12X單片機中RTI中斷對應(yīng)的中斷控制寄存器。中斷控制寄存器組成如下：

    在S12X單片機中，每一個I／O中斷都有一個中斷控制寄存器與之對應(yīng)。中斷控制寄存器控制相應(yīng)的中斷是由S12X CPU響應(yīng)還是由XGATE來響應(yīng)，以及該中斷的優(yōu)先級。
    中斷控制寄存器中，RQST位為1時，中斷由XGATE來響應(yīng)；為0時，中斷由S12X CPU響應(yīng)。為了使用XGATE來響應(yīng)RTI中斷，需要將RTI中斷對應(yīng)的中斷控制寄存器的RQST位置1。PRIOLVL[2：0]保存的是對應(yīng)中斷的優(yōu)先級，值越大，對應(yīng)中斷的優(yōu)先級越高。如果這3位均為0，那么對應(yīng)中斷會被禁用。
    設(shè)置中斷控制寄存器可以調(diào)用編譯器提供的一個函數(shù)ROUTE_INTERRUPT。這個函數(shù)需要的參數(shù)是對應(yīng)中斷的中斷向量相對中斷向量表基址(0xFF00)的偏移量，以及中斷控制寄存器的值。設(shè)置RTI中斷控制寄存器的代碼如下：
    RUUTE＿INTERRUPT (0xF0，0x81)；
    其中，0xF0是RTI中斷向量相對中斷向量表基址的偏移量，0x81是要設(shè)置的中斷控制寄存器的值。
2．2 XGATE與S12X CPU的數(shù)據(jù)共享
    XGATE實現(xiàn)μC／OS-II的時鐘節(jié)拍和S12X CPU實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，都需要訪問與系統(tǒng)的任務(wù)控制塊鏈表相關(guān)的變量，因此這些變量需要聲明為XGATE和S12X CPU的共享變量。共享變量的聲明需要加上“volatile”類型聲明，并使用“#pragma”預(yù)處理命令將其放在共享內(nèi)存中。

    S12 CPU的程序中聲明如下:

    在XGATE的程序中，需要使用extern聲明這些變量，具體語句如下：

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