Cygnal (Silicon Labs) 8051 移植
[RTOS 移植]

Cygnal 移植是在 C8051F120-TB 原型板上开发的， （如果您想使用其他开发板，可参考我们提供的说明 ）， 此原型板配有 8051F120 微控制器。 使用免费的 SDCC 编译器和 Cygnal IDE。
包含的演示应用程序可创建 21 个实时任务，并使用连接到端口 3 的 LED 阵列来执行八个“闪光”任务。

重要提示！8051 RTOS 移植使用说明

1. 源代码组织
2. 演示应用程序
3. 配置和使用详情

源代码组织

FreeRTOS 下载文件包含所有 FreeRTOS 移植的源代码。

请参阅源代码组织部分， 下载文件的描述和有关创建新项目的信息。

SDCC makefile 和 Cygnal IDE 项目文件位于 Demo/Cygnal 目录中。

演示应用程序

演示应用程序硬件设置

标准的 8 LED “闪光”任务假设 LED 安装在端口 3 上。忽略这些 LED 不会导致 RTOS 演示应用程序 失败，但会删除一些视觉反馈，表明一切都按预期运行。

构建并执行 RTOS 演示应用程序

1. 确保 SDCC 安装正确且在您的路径中。 请参阅下文关于获取正确 SDCC 版本的说明。

2. 确保您的路径中还有 GNU make 兼容实用程序。 我使用 http://unxutils.sourceforge.net/ 版本。 或者，您可以将生成文件转换为批处理文件。

3. 解压 FreeRTOS，然后在 DOS 窗口中移动到 Demo/Cygnal 目录并键入“make”。 成功的源文件构建应该不会报错或出现警告。

4. 使用 Cygnal JTAG 串行接口将原型板连接至您的主机，并接通电源。

5. 使用文本编辑器——打开 Cygnal IDE 项目文件（称为 sdcc.wsp，可在 Demo/Cygnal 目录中找到） 并将所有文件路径名替换为正确的 FreeRTOS 安装路径。 要找到所有 需要改变的地方，请搜索 "E:devFreeRTOS" 字符串——这是 FreeRTOS 在我的主机上的安装位置。

6. 启动 Cygnal IDE，然后从 "Project" 菜单中选择 "Open Project"，然后打开 “sdcc.wsp” ，其中将包含系统的正确路径。

7. IDE 将连接到原型板。 下载从构建过程中创建的 OMF 文件，该文件名为 “main” ，没有扩展名。

使用批处理文件代替生成文件允许在 IDE 内执行构建，但我更喜欢将其分开。

演示应用程序功能

• 端口 3 上的 8 个 LED 灯处于标准“闪光”任务的控制之下。 它们以 标准演示应用程序部分所描述的模式进行闪烁。

• 并非所有任务都会更新 LED 状态，所以没有可见的指示来表明它们运行正常。 因此，要创建了一个 "Check" 任务，确保在其他任务中没有检测到错误。

  内置的绿色 LED 由 “检查” 任务控制。 每 5 秒切换一次的绿色 LED 表示 所有演示应用程序任务都运行无误。 如果切换速度增加到 500 毫秒，则表示 至少在一个标准演示应用程序任务中检测到错误。 可以通过移除环回连接器故意创建一个错误，用来测试此机制 。

配置和用法详情

RTOS 移植特定配置

此移植的特定配置项目位于 Demo/Cygnal/FreeRTOSConfig.h 中。 可以编辑此文件中定义的常量 编辑此文件中定义的常量。 特别是，可通过定义 configTICK_RATE_HZ 来设置 RTOS 滴答的频率。 所提供的值 1000 Hz 可用于测试 RTOS 内核功能，但其比大多数应用程序的频率都要高。 降低此值可提高效率。

每个移植都会将 "BaseType_t" 定义为该处理器的最有效数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为 char 类型。

在抢占式和协作式 RTOS 内核之间切换

开发工具选项

与所有的移植一样，使用正确的编译器选项至关重要。 要确保这一点，最佳方法是 基于提供的演示应用程序生成文件构建应用程序。

堆栈启动常量

Demo/Cygnal/FreeRTOSConfig.h 包含定义 “configSTACK_START”。 它已被正确定义以适用于 演示应用程序，但如果您的应用程序声明任何变量符合“数据”关键字，则需要更新。

正确的 configSTACK_START 值可以从 SDCC 在构建过程中输出的 .mem 文件获取。 例如，如果 .mem 文件 包括此行内容

"Stack starts at: 0x0e (sp set to 0x0d) with 242 bytes available"

内存分配

Source/Portable/MemMang/heap_1.c 包含在 Cygnal 演示应用程序生成文件中，用于提供 实时内核所需的内存分配。 请参阅 API 文档的内存管理部分， 以获取完整信息。

编译器、头文件和库版本

SDCC 是一个多功能编译器，仍在开发中。 SDCC 2.4.0 版本不支持 RTOS 移植所需的所有寻址模式。 应使用最新的稳定快照， 相关快照可从上面给出的 SDCC 链接获取。 此移植已使用 2004 年 5 月 4 日的快照测试过。

为支持新的编译器版本，还需更新过的 c8051f120.h 头文件。 此头文件包含在 FreeRTOS 发行版中， 并位于 Demo/CYGNAL 目录中。 请务必不要使用 2004 年 5 月版 CYGNAL 工具提供的 SDCC 版本 ，不过 您可以使用之后的 SDCC 版本。

下载 SDCC 时所提供的库没有被构建为可重入，但如果与 RTOS 一起使用，那这些库必须具有可重入性（这包括 执行 16 位文件、32 位文件和浮点操作的库）。 重新构建这些库很容易，我已经这么做过，并在此页面提供我重新构建过的库 可点击此处查看相关文档。 应将此 zip 文件中的文件应解压缩到您的 sdcc/lib/large 目录中。 请留意库源文件中的版权和许可注释， 并请注意 vprintf 库是不可 重入的。

偏离标准 8051 架构

我已尽力将 Cygnal 特定代码从 RTOS 源代码中剔除。 而 Cygnal 的大多数特定硬件 配置都在演示应用程序的 main.c 文件中执行。

RTOS 嘀嗒中断由定时器 2 产生。 它是 8052 兼容设备上的 16 位定时器， 但不在标准 8051 上。

此堆栈有 256 个字节可用。

速度和资源使用

每个实时任务都需要自己的堆栈，但 8051 架构只允许内部小 RAM 中存在一个堆栈。 当任务被切换出时， 有必要将其整个堆栈从 RAM 复制到 XRAM，反之亦然（此过程对应用程序编写者/用户来说清晰易懂） 。 Cygnal 微控制器速度对 8051 来说异常快，可以准确无误地处理此问题（演示 应用程序将系统时钟设置为 98MHz）。 然而， 速度较慢的处理器在处理此问题时可能会有困难。 演示应用程序的嘀嗒频率 1000Hz。 如此高的频率是为进行测试而设置的， 如果您的应用程序允许，您可大幅度降低它的频率。

若有可能，尽量少用堆栈。

优化

可以通过多种简单的方法调整 RTOS，使其适应 8051 架构，从而提高效率。 这需要使用特殊的 SDCC/8051 关键字。 提供的 RTOS 源 代码是可移植的，所以可以使用几种不同的开发工具套件对其进行编译 - 因此，我没有 在下载的发行版中包含任何特定的 8051 优化。

优化方法包括：

• 在 tasks.c 中的文件范围变量的声明中使用 'data' 限定符。 这会将变量 保存在内部 RAM 中，从而可以更快地访问它们。
• 在其他相关地方使用“数据”限定符。
• 当前，任务上下文被推入堆栈，然后堆栈被复制到 XRAM ，然后再检查是否有更高优先级的任务准备运行 。 这些操作步骤可以修改，这样上下文被推送至堆栈后，堆栈只有在必要的时候才会被复制到 XRAM 。 如果不需要进行上下文切换，则原始任务将从堆栈中弹出其上下文并继续运行。 这样的更改会 使得代码非常具有 8051 特色（这就是我为什么没有这么做的原因）。

中断服务例程

如果 ISR 导致任务被解除阻塞，那么 ISR 可能希望返回被解除阻塞的任务而不是被中断的任务。 这可通过在 ISR 内部调用 taskYIELD() 来完成。 完成此步骤后，必须将 ISR 代码放置在 临界区。 请参阅 vSerialISR() Demo/Cygnal/serial/serial.c 代码获取完整示例，以下为大纲内容：

void ISRRoutine( void )
{
    /* Routine within critical region. */
    portENTER_CRITICAL();
    
    .
    . ISR Code Here
    .

    /* Switch to another task if necessary. */
    taskYIELD();

    portEXIT_CRITICAL();
}

包含的生成文件

要让 SDCC 将对象文件输出到一个允许生成文件正常运行的目录中，是很棘手的。 我找到了执行此操作的机制， 但对语法不满意 - 我不是生成方面的专家，但我发现 指示 SDCC 覆盖 C 文件的命令行似乎效果最好！ 为了安全起见，我已经在文档中注释了该行。

因此，生成文件包含两组命令，可以通过生成文件中的注释/取消注释进行选择。 第一组命令就是我使用的命令，与 UnxUtils make 实用程序配合得非常好， 但为防出现其他系统问题，这组命令被注释掉。 第二组命令（未注释）可成功构建项目，不会出现任何问题， 但即使只有一个源文件被更改，它都会重建整个项目。 您可以选择使用哪组命令——查看生成文件中的注释 （可在 Demo/CYGNAL 目录中找到）以获取详细信息。

串行端口波特率

RTOS 演示应用程序中包含的串行驱动程序使用 Cygnal 手册中详细描述的波特率计算。 在某些波特率下，串行端口运行良好， 但在另一些波特率下则不然，需要将这些波特率稍作调整。 串行端口环回测试并不在意波特率是否完全正确， 因为发送方和接收方使用相同的源。

此外还应注意的是，串行驱动程序是为测试一些实时内核功能而编写的 - 它们并不 用于表示优化过的解决方案。

SFR 分页

Cygnal 微控制器运行 SFR 分页方案。 一些非 8051 标准的外设要求访问 外设控制寄存器之前选择并获取 SFR 分页。 一旦启动 RTOS 调度器， 就只能从临界区访问 SFR 分页寄存器， 因为它不是作为任务上下文的一部分被存储的。 如果此类外设被用作中断源， 则必须在 ISR 结束或调用 taskYIELD() 之前将 SFR 分页重置为其原始值。

Linux 用户

我只在 SDCC 的 Win32 版本中测试了该生成文件。