引言

随着消费类电子产品的功能日益复杂，在其中移植或固化实时操作系统已不是新鲜事了，如手机、pda等等。对于该类产品，低功耗特性往往占有举足轻重的地位。如何在操作系统层面上，尽量降低系统功耗，是一个值得探讨的问题。一般来说，嵌入式cpu都具有低功耗的工作模式，如果在任务调度的空闲时间，使cpu进入这种模式，就能大幅度降低系统功耗。

本文以嵌入式实时操作系统μc/os－ii在飞思卡尔8位单片机hcs08gt60上的移植为例，详细讨论如何利用μc/os－ii给出的内核扩展接口，实现一个低功耗的嵌入式实时系统，进一步分析如何选择一种合适的低功耗模式。

μc/os－ii是一种可移植、可固化、可裁剪的可剥夺型多任务内核。由于其源码公开、注释详尽、内核设计概念清晰，已成为世界上学习和使用频率较高的实时操作系统。2000年7月，μc/os－ii v2.52通过了美国航空航天管理局的安全认证，其可靠性得到了进一步的验证。

利用任务调度的空闲时间使cpu进入低功耗模式，以降低系统功耗这一思想在μc/os－ii内核设计之初就被注意到了。为此设计者特意留出了相应的内核扩展接口，用户可以利用此接口，实现一个实时的低功耗系统。

1 利用空闲任务扩展接口使cpu进入低功耗模式

实现μc/os－ii低功耗特性的方法很简单：用户可以利用μc/os－ii中空闲任务的扩展接口，使系统在空闲状态下进入某种低功耗模式，降低系统功耗，同时利用rti信号作为时钟节拍，周期性地唤醒cpu。cpu被唤醒之后，将执行节拍中断服务程序，重新判断是否有任务处于就绪态，如果有，就执行该任务；如果没有，则重复上面的过程。

μc/os－ii最多可以管理64个任务，并为每一个任务分配一个不同的优先级。每一个任务有五种可能的状态--睡眠态、就绪态、运行态、等待态和中断服务态。μc/os－ii属于可剥夺型内核，也就是说，μc/os－ii总是运行进入就绪状态的优先级最高的任务。一旦优先级高的任务进入就绪态，就可以将cpu从低优先级任务中抢过来。

在μc/os－ii初始化时，会建立一个优先级最低的任务--空闲任务，在没有任务进入就绪态的时候，空闲任务就会开始运行。空闲任务会调用一个函数--ostaskidlehook（）。这是留给用户使用的内核扩展接口。空闲任务实际上并没有什么事情可做①，只是一个等待中断的无限循环。因此用户可以利用ostaskidlehook（），使cpu进入低功耗模式。

用户不必担心整个内核因为系统进入低功耗模式而停止运行，因为hcs08gt60允许rti时钟周期性地将cpu唤醒。唤醒之后的系统会和遇到节怕中断一样，进入ostickisr（）中断服务程序，察看之是否有任务进入了就绪态。如果还没有，就再次进入低功耗模式。

对于hcs08gt60，允许rti时钟的低功耗模式有wait模式，stop2模式和stop3模式三种，其功耗、系统恢复时间，换醒中断源等各不相同。下面介绍如何选择一种合适的低功耗模式。

2 选择合适的低功耗模式

2.1 hcs08gt60的低功耗模式

考虑到后面的讨论要涉及到具体的低功耗模式，所以首先介绍一下单片机hcs08gt60的低功耗特性，hcs08gt60属于飞思卡尔（原motorola）hcs80系列单片机。该系列单片机的低功耗特性很突出；工作电压可以在1.8－3.6v之间选择，有wait和stop两种低功耗模式。stop模式可细分为stop3、、stop2和stop1三种，功耗主次降低。wait模式下，cpu停止运行，但其他外围模块并不断电，因此，系统随时可以响应各种中断。hcs08gt60的三种stop模式如表1所列。

从表1可以看出，在stop1模式中，唤醒cpu只能通过irq中断或复位信号，由于无法提供时钟节怕，内核的任务调度无法实现；而在stop2和stop3中，rti都可以作为系统的唤醒中断源，内核可以使用rti作为时钟节拍。

stop2模式与stop3模式相比功耗更低；但是，stop2模式下i/o寄存器是关闭的，必须在进入模式之前将i/o寄存器的值保存在ram中，而在唤醒之后再从ram拷贝到i/o寄存器。唤醒stop2可以使用irq，复位信号和rti。stop3模式下，ram和i/o寄存器内容将保持。另外，除stop2模式允许的唤醒中断源外，还允许键盘中断唤醒cpu。

2.2 实时性、中断源和功耗