为你的51单片机移植上实时操作系统RTOS吧(蹄牛操作系统)

蹄牛操作系统 TINIUX 是一个源代码开放的、易于移植的、面向嵌入式应用的实时操作系统 (RTOS)，具有轻量级、低功耗、启动快、可裁剪、可分散加载等优点。主要应用领域为工业 控制，智能传感器开发，智能终端，物联网，机器人等。

TINIUX 遵循 MIT 开源许可协议，可以免费在商业产品中使用，不需要公布应用源码，没有 任何潜在商业风险。

目前在 Github 上已开源的 TINIUX 源码已适配好 MCS‐51 系列下的 8051 与 8052 芯片架构， 官方网站上www点tiniux点org提供了不同芯片类型在 Code::Blocks 等平台上的示例工 程，如果您使用的芯片(开发板)未在其中，可以参照本文档从零开始创建自己的开发工程， 并验证移植的结果。

基于 TINIUX 开发前，我们首先需要准备好单板运行的环境，包括软件环境和硬件环境。 硬件环境：

软件环境：

说明

Code::Blocks是一个开放源码的全功能的跨平台 C/C++集成开发环境。 Code::Blocks 是开放 源码软件，由纯粹的 C++语言开发完成，它使用了著名的图形界面库 wxWidgets 版。 下载网址：http://www.codeblocks.org/downloads

一般使用选择 binary release 版本即可，推荐下载 codeblocks‐17.12mingw‐setup.exe 安装包。

SDCC（Small Device C Compiler）是一个优化的 ANSI ‐ C 交叉编译器，目标 CPU 为基于 Intel 8051, Maxim 80DS390, Zilog Z80 和Motorola 68HC08 的单片机。 下载网址：http://sdcc.sourceforge.net/snap.php

用户可以根据自己的 PC 操作系统决定下载的版本，我们此次试验使用的版本为 Supported

Windows ‐ x86 Binaries 安装版。

‐ 点击“clone or download”按钮，下载最新版源代码，或者通过点击“releases”标签，下 载官方给出的稳定版本。

‐ Doc： 此目录存放的是蹄牛操作系统 TINIUX 的简明教程和 API 使用说明等文档。

‐ Kernel：此目录存放的是与平台无关的内核代码，包含核心提供给外部调用的接口的头文 件以及内核中进程调度、进程通信、内存管理等等功能的核心代码。用户一般不需要修改此 目录下的相关内容。

‐ CPU：此目录以及以下目录存放的是与体系架构紧密相关的适配 TINIUX 的代码。比如目前 我们适配了mcs51/8051，mcs51/8052 等系列对应的初始化内容。用户只需要根据所使用的 芯片类型及开发平台选择对应的代码文件即可。

‐ Preset：此目录存放蹄牛操作系统 TINIUX 的预设参数示例，用户可根据芯片类型进行调整 修改。

在安装好 Code::Blocks 等开发工具后，我们使用 Code::Blocks 集成开发环境创建 TINIUX 工程， 步骤如下：

‐ 弹出窗口为用户提供了各类工程开发模板，此处我们选择 MCS51 Project 模板，如下图所 示。

‐ 点击 go 后，出现工程设置对话框，此处我们输入工程名称为 TiniuxDemo，并选择工程的

文件路径，如下图所示。

‐ 点击 next 后，对编译工具进行选择，在 Compiler 选项我们选择 Small Device C Compiler，

其它项采用默认设置即可。如下图所示。

‐ 点击 next 后，对芯片内存大小进行配置，此处需要参照对应的芯片手册。由于要使用实

时操作系统 TINIUX，占用的 memory 空间稍大，在 memory model 项，我们采用 large 模式。 在输出模式项，选择 CreateIntel hex file，让工程编译后生成可以直接烧写到芯片中的文件。 如下图所示。

‐ 点击 finish 之后，一个空的工程即建立完成，新创建完毕的空软件工程如下所示。

4.2 添加 kernel代码到工程

‐ 将从 Github 下载的 TINIUX 软件包（最新版软件包 TINIUX‐master.zip 或官方稳定版软件包 TINIUX‐ReleaseV2.0.0.zip）解压，把解压后的文件夹更名为 TINIUX，并复制到工程所在的文 件夹，如本例程的 TiniuxDemo 文件夹下。

系统文件。

‐ 在弹出的对话框中选择对应的芯片文件，如本例程中的 TINIUX/CPU/MCS51/SDCC/8051， 如下图所示：

‐ 点击按钮“确定”后，弹出对话框，则直接点击“OK”即把 8051 文件夹下对应的文件加

载到工程中。

‐ 采用同样的方式加载 TINIUX/Kernel 下对应的文件，加载 TINIUX/Preset/MCS51/8051 下对应 的文件。添加完毕后，工程目录中包含文件如下图所示：

‐ 对应的头文件如下图所示：

4.3 配置工程属性

‐ 把蹄牛操作系统 TINIUX  中对应的文件加载到工程后，需要为工程（编译器）指定文件所 在的目录，以便编译时能找到对应的头文件。通过菜单 Project‐>Build options…进行设置。如 下图所示：

‐ 在弹出对话框中，选择 Search directories 对应的 tab 页面，通过“Add”按钮添加相关文件

所在的路径。

..\TiniuxDemo;

‐ 添加过程中提示是否使用相对路径，点击“是”即可。添加完毕之后，所加的路径如下图 所示：

添加完毕之后，点击按钮“OK”即可；

‐ 根据芯片类型，调整默认包含的头文件 需要调整的头文件有两处，一处为 OSPreset.h 文件，一处为main.c 文件；

在 OSPreset.h 文件中，

把#include <mcs51/8052.h>调整为#include "stc8.h"

在 main.c 文件中，

把#include <mcs51/8051.h>调整为#include "stc8.h"

注：头文件 stc8.h 为 SDCC 编译平台下对应的头文件，在示例工程中会附带此文件，用户可 以参考使用。

‐ 配置完工程后，即可通过菜单 Build‐>Build 进行编译，或者通过 Ctrl‐F9 快捷键进行编译， 如下图所示：

编译完成后，若提示无错误，同时在文件夹 TiniuxDemo/bin/Debug 生产“TiniuxDemo.omf”

与“TiniuxDemo.hex”文件，则移植蹄牛操作系统 TINIUX 成功，此时产生的“TiniuxDemo.hex” 则可以通过相关工具直接烧写进目标芯片中使用。

TINIUX 中提供的功能包括如下内容： 任务创建与删除、任务同步（信号量、互斥锁）、动态 中断注册机制等等内容，更详细的内容可以参考“蹄牛操作系统 TINIUX 简明教程”中描述 的相关内容。下面章节将对任务和中断进行说明。

TINIUX 简明教程》中的使用方法来创建管理任务。

行频率，即 98MHz，同时定时器使用 CPU 运行频率的 12 分频，即 8MHz；

TINIUX 操作系统 ticks 运行频率通过预置文件“OSPreset.h”中的宏定义 SETOS_TICK_RATE_HZ 来配置。在系统启动时，通过 FitCPU.c 文件中的 FitSetupTimerInterrupt()函数，配置芯片指 定的寄存器，使系统时钟（中断）参数生效；

注：在官方示例中，我们通常配置 ticks 频率为 1000Hz，这个 ticks 频率主要便于对系统的性 能测试；对于运行主频不高的 MCS‐51 单片机系列，适当降低 TINIUX 系统 ticks 频率，运行 效率会更高。

‐对于嵌入式系统来说，内存都是比较宝贵的资源，因此一般的程序都会严格管理内存使用， TINIUX 也一样，需要使用多大的内存，可以根据实际的 task 数量、信号量、互斥锁、timer、 消息队列、链表等内容的数量来决定的（根据各自的结构体大小以及数量计算），总的内存 池的大小由系统宏定义 OSTOTAL_HEAP_SIZE 来确定。

‐TINIUX 中的内存使用可以通过参数预置文件“OSPreset.h”进行配置。在系统预置文件中使 用宏定义SETOS_TOTAL_HEAP_SIZE 来确定内存池的大小，并以此来管理任务、信号量、消息 队列等等资源的创建。

‐对于 MCS‐51 单片机，运行效率高的 RAM 空间一般在 256 字节，扩展的 XRAM 空间会稍大， TINIUX 系统在启动时，处于挂起及休眠状态的任务或分配到 XRAM 空间，只有当前运行的任 务会分配到 RAM 空间。同时为了减少对 XRAM 空间的占用，推荐裁剪掉信号量、互斥锁、 timer、消息队列等功能模块，只启用系统内轻量级的同步信号与同步消息功能。

‐ 目前 TINIUX 官方已经支持 MCS‐51/8051 8052 等系列的芯片，用户若需移植 TINIUX 到其他 内核的芯片时，需要在 CPU下添加一个芯片所属系列的目录，并且在该新增加的目录下添 加 FitType.h、FitCPU.h、FitCPU.c 等文件，或根据开发平台（SDCC，keil，IAR 等）的要求， 添加相应的汇编文件。FitType.h 文件主要根据平台的特点定义 TINIUX 系统的数据类型， FitCPU.c 文件主要定义系统 ticks 中断，SVC 中断，中断锁定，task 调度及调度时寄存器的保 存与恢复等。

‐ 目前 TINIUX 官方适配了 MCS‐51/8051 8052 等系列的芯片移植文件，其中 8051 系列的移植 文件使用了传统 51 定时器Timer0 的模式 1，具有 16 位宽，但无法自动重载，系统会自动 根据 ticks 频率设置 timer0 重载起点。此种定时器模式的优点是适用于大多数 51/52 等系列 的单片机，但是会导致系统时间漂移。目前很多芯片生产厂商都优化了 Timer0 的功能，若 具有 16 位宽并且具有自动重载的模式，建议用户配置使用，或者使用其他 Timer 定时器。