μC/OS-II在80x86上的移植

    本章将介绍如何将μC/OS-II移植到Intel 80x86系列CPU上，本章所介绍的移植和代码都是针对80x86的实模式的，且编译器在大模式下编译和连接。本章的内容同样适用于下述CPU：

      80186

      80286

      80386

      80486

      Pentium

      Pentium II

    实际上，将要介绍的移植过程适用于所有与80x86兼容的CPU，如AMD，Cyrix，NEC (V-系列)等等。以Intel的为例只是一种更典型的情况。80x86 CPU每年的产量有数百万，大部分用于个人计算机，但用于嵌入式系统的数量也在不断增加。最快的处理器（Pentium系列）将在2000年达到1G的工作频率。 大部分支持80x86（实模式）的C编译器都提供了不同的内存使用模式，每一种都有不同的内存组织方式，适用于不同规模的应用程序。在大模式下，应用程序和数据最大寻址空间为1Mb，程序指针为32位。下一节将介绍为什么32位指针只用到了其中的20位来寻址（1Mb）。

    本章所介绍的内容也适用于8086处理器，但由于8086没有PUSHA指令，移植的时候要用几条PUSH指令来代替。

    图F9.1显示了工作在实模式下的80x86处理器的编程模式。所有的寄存器都是16位，在任务切换时需要保存寄存器内容。 图F9.1 80x86 实模式内部寄存器图.

    80x86提供了一种特殊的机制，使得用16位寄存器可以寻址1Mb地址空间，这就是存储器分段的方法。内存的物理地址用段地址寄存器和偏移量寄存器共同表示。计算方法是：段地址寄存器的内容左移4位（乘以16），再加上偏移量寄存器（其他6个寄存器中的一个，AX，BP，SP，SI，DI或IP）的内容，产生可寻址1Mb的20位物理地址。图F9.2表明了寄存器是如何组合的。段寄存器可以指向一个内存块，称为一个段。一个16位的段寄存器可以表示65,536个不同的段，因此可以寻址1,048,576字节。由于偏移量寄存器也是16位的，所以单个段不能超过64K。实际操作中，应用程序是由许多小于64K的段组成的。 图F 9.2 使用段寄存器和偏移量寄存器寻址.

    代码段寄存器（CS）指向当前程序运行的代码段起始，堆栈段寄存器（SS）指向程序堆栈段的起始，数据段寄存器指向程序数据区的起始，附加段寄存器（ES）指向一个附加数据存储区。每次CPU寻址的时候，段寄存器中的某一个会被自动选用，加上偏移量寄存器的内容作为物理地址。文献中会经常发现用段地址-偏移量表示地址的方法，例如1000：00FF表示物理地址0x100FF。

9.00 开发工具

    笔者采用的是Borland C/C++ V3.1和Borland Turbo Assembler汇编器完成程序的移植和测试，它可以产生可重入的代码，同时支持在C程序中嵌入汇编语句。编译完成后，程序可在PC机上运行。本书代码的测试是在一台Pentium-II计算机上完成的，操作系统是Microsoft Windows 95。实际上编译器生成的是DOS可执行文件，在Windows的DOS窗口中运行。

    只要您用的编译器可以产生实模式下的代码，移植工作就可以进行。如果开发环境不同，就只能麻烦您更改一下编译器和汇编器的设置了。

9.01 目录和文件

    在安装μC/OS-II的时候，安装程序将把和硬件相关的，针对Intel 80x86的代码安装到\SOFTWARE\uCOS-II\Ix86L目录下。代码是80x86实模式，且在编译器大模式下编译的。移植部分的代码可在下述文件中找到：OS_CPU.H, OS_CPU_C.C, 和 OS_CPU_A.ASM。

9.02 INCLUDES.H文件

    INCLUDES.H 是主头文件，在所有后缀名为.C的文件的开始都包含INCLUDES.H文件。使用INCLUDES.H的好处是所有的.C文件都只包含一个头文件，程序简洁，可读性强。缺点是.C文件可能会包含一些它并不需要的头文件，额外的增加编译时间。与优点相比，多一些编译时间还是可以接受的。用户可以改写INCLUDES.H文件，增加自己的头文件，但必须加在文件末尾。程序清单L9.1是为80x86编写的INCLUDES.H文件的内容。

程序清单L 9.1 INCLUDES.H. #include #include #include #include #include #include #include #include "\software\ucos-ii\ix86l\os_cpu.h" #include "os_cfg.h" #include "\software\blocks\pc\source\pc.h" #include "\software\ucos-ii\source\ucos_ii.h"

9.03 OS_CPU.H文件

    OS_CPU.H 文件中包含与处理器相关的常量，宏和结构体的定义。程序清单L9.2是为80x86编写的OS_CPU.H文件的内容。

程序清单L 9.2 OS_CPU.H. #ifdef OS_CPU_GLOBALS #define OS_CPU_EXT #else #define OS_CPU_EXT extern #endif /* ******************************************************************************* * 数据类型 * (与编译器相关的内容) ******************************************************************************* */ typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; /* 无符号8位数 (1)*/ typedef signed char INT8S; /* 带符号8位数 */ typedef unsigned int INT16U; /* 无符号16位数 */ typedef signed int INT16S; /* 带符号16位数 */ typedef unsigned long INT32U; /* 无符号32位数 */ typedef signed long INT32S; /* 带符号32位数 */ typedef float FP32; /* 单精度浮点数 */ typedef double FP64; /* 双精度浮点数 */ typedef unsigned int OS_STK; /* 堆栈入口宽度为16位 */ #define BYTE INT8S /* 以下定义的数据类型是为了与uC/OS V1.xx 兼容 */ #define UBYTE INT8U /*在uC/OS-II中并没有实际的用处 */ #define WORD INT16S #define UWORD INT16U #define LONG INT32S #define ULONG INT32U /* ******************************************************************************* * Intel 80x86 (实模式, 大模式编译) * *方法 #1: 用简单指令开关中断。 * 注意，用方法1关闭中断，从调用函数返回后中断会重新打开！ * 注意将文件OS_CPU_A.ASM中与OSIntCtxSw()相关的常量从10改到8。 * * 方法 #2: 关中断前保存中断被关闭的状态. * 注意将文件OS_CPU_A.ASM中与OSIntCtxSw()相关的常量从8改到10。 * * * ******************************************************************************* */ #define OS_CRITICAL_METHOD 2 #if OS_CRITICAL_METHOD == 1 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm CLI /* 关闭中断*/ #define OS_EXIT_CRITICAL() asm STI /* 打开中断*/ #endif #if OS_CRITICAL_METHOD == 2 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm {PUSHF; CLI} /* 关闭中断 */ #define OS_EXIT_CRITICAL() asm POPF /* 打开中断 */ #endif /* ******************************************************************************* * Intel 80x86 (实模式, 大模式编译) ******************************************************************************* */ #define OS_STK_GROWTH 1 /* 堆栈由高地址向低地址增长 (3)*/ #define uCOS 0x80 /* 中断向量0x80用于任务切换 (4)*/ #define OS_TASK_SW() asm INT uCOS (5) /* ******************************************************************************* * 全局变量 ******************************************************************************* */ OS_CPU_EXT INT8U OSTickDOSCtr; /* 为调用DOS时钟中断而定义的计数器*/ (6)*/

9.03.01 数据类型

    由于不同的处理器有不同的字长，μC/OS-II的移植需要重新定义一系列的数据结构。使用Borland C/C++编译器，整数（int）类型数据为16位，长整形（long）为32位。为了读者方便起见，尽管μC/OS-II中没有用到浮点类型的数，在源代码中笔者还是提供了浮点类型的定义。 由于在80x86实模式中堆栈都是按字进行操作的，没有字节操作，所以Borland C/C++编译器中堆栈数据类型OS_STK声明为16位。所有的堆栈都必须用OS_STK声明。

9.03.02 代码临界区

    与其他实时系统一样，μC/OS-II在进入系统临界代码区之前要关闭中断，等到退出临界区后再打开。从而保护核心数据不被多任务环境下的其他任务或中断破坏。Borland C/C++支持嵌入汇编语句，所以加入关闭/打开中断的语句是很方便的。μC/OS-II定义了两个宏用来关闭/打开中断：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。此处，笔者为用户提供两种开关中断的方法，如下所述的方法1和方法2。作为一种测试，本书采用了方法1。当然，您可以自由决定采用那种方法。

    方法1

    第一种方法，也是最简单的方法，是直接将OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()定义为处理器的关闭（CLI）和打开（STI）中断指令。但这种方法有一个隐患，如果在关闭中断后调用μC/OS-II函数，当函数返回后，中断将被打开！严格意义上的关闭中断应该是执行OS_ENTER_CRITICAL()后中断始终是关闭的，方法1显然不满足要求。但方法1的最大优点是简单，执行速度快（只有一条指令），在此类操作频繁的时候更为突出。如果在任务中并不在意调用函数返回后是否被中断，推荐用户采用方法1。此时需要将OSIntCtxSw()中的常量由10改到8（见文件OS_CPU_A.ASM)。

    方法2

    执行OS_ENTER_CRITICAL()的第二种方法是先将中断关闭的状态保存到堆栈中，然后关闭中断。与之对应的OS_EXIT_CRITICAL()的操作是从堆栈中恢复中断状态。采用此方法，不管用户是在中断关闭还是允许的情况下调用μC/OS-Ⅱ中的函数，在调用过程中都不会改变中断状态。如果用户在中断关闭的情况下调用μC/OS-Ⅱ函数，其实是延长了中断响应时间。虽然OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()可以保护代码的临界段。但如此用法要小心，特别是在调用OSTimeDly()一类函数之前关闭了中断。此时任务将处于延时挂起状态，等待时钟中断，但此时时钟中断是禁止的！则系统可能会崩溃。很明显，所有的PEND调用都会涉及到这个问题，必须十分小心。所以建议用户调用μC/OS-Ⅱ的系统函数之前打开中断。

9.03.03 堆栈增长方向

    80x86 处理器的堆栈是由高地址向低地址方向增长的，所以常量OS_STK_GROWTH必须设置为1 [程序清单L9.2(3)]。

9.03.04 OS_TASK_SW()

    在 μC/OS-II中, 就绪任务的堆栈初始化应该模拟一次中断发生后的样子，堆栈中应该按进栈次序设置好各个寄存器的内容。OS_TASK_SW()函数模拟一次中断过程，在中断返回的时候进行任务切换。80x86提供了256个软中断源可供选用，中断服务程序（ISR）（也称为例外处理过程）的入口点必须指向汇编函数OSCtxSw()（请参看文件OS_CPU_A.ASM）。

    由于笔者是在PC机上测试代码的，本章的代码用到了中断号128（0x80），因为此中断号是提供给用户使用的[程序清单L9.2(4)]（PC和操作系统会占用一部分中断资源-译者注），类似的用户可用中断号还有0x4B 到 0x5B, 0x5D 到 0x66, 或者 0x68 到 0x6F。如果用户用的不是PC，而是其他嵌入式系统，如80186处理器，用户可能有更多的中断资源可供选用。

9.03.05 时钟节拍的发生频率

    实时系统中时钟节拍的发生频率应该设置为10到100 Hz。通常（但不是必须的）为了方便计算设为整数。不幸的是，在PC中，系统缺省的时钟节拍频率是18.20648Hz，这对于我们的计算和设置都不方便。本章中，笔者将更改PC的时钟节拍频率到200 Hz（间隔5ms）。一方面200 Hz近似18.20648Hz的11倍，可以经过11次延时再调用DOS中断；另一方面，在DOS中，有些操作要求时钟间隔为54.93ms，我们设定的间隔5ms也可以满足要求。如果您的PC机处理器是80386，时钟节拍最快也只能到200 Hz，而如果是Pentium II处理器，则达到200 Hz以上没有问题。

    在文件OS_CPU.H的末尾声明了一个8位变量OSTickDOSCtr，将保存时钟节拍发生的次数，每发生11次，调用DOS的时钟节拍函数一次，从而实现与DOS时钟的同步。OSTickDOSCtr是专门为PC环境而声明的，如果在其他非PC的系统中运行μC/OS-II，就不用这种同步方法，直接设定时钟节拍发生频率就行了。

9.04 OS_CPU_A.ASM

    μC/OS-II 的移植需要用户改写OS_CPU_A.ASM中的四个函数：

OSStartHighRdy() OSCtxSw() OSIntCtxSw() OSTickISR()

9.04.01 OSStartHighRdy()

    该函数由SStart()函数调用，功能是运行优先级最高的就绪任务，在调用OSStart()之前，用户必须先调用OSInit()，并且已经至少创建了一个任务（请参考OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()函数）。OSStartHighRdy()默认指针OSTCBHighRdy指向优先级最高就绪任务的任务控制块（OS_TCB）（在这之前OSTCBHighRdy已由OSStart()设置好了）。图F9.3给出了由函数OSTaskCreate()或 OSTaskCreateExt()创建的任务的堆栈结构。很明显，OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr指向的是任务堆栈的顶端。函数OSStartHighRdy()的代码见程序清单L9.3。 图F 9.3 任务创立时的80x86堆栈结构.

为了启动任务，OSStartHighRdy()从任务控制块（OS_TCB）[程序清单L9.3(1)]中找到指向堆栈的指针，然后运行POP DS [程序清单L9.3(2)], POP ES [程序清单L9.3(3)], POPA [程序清单L9.3(4)], 和 IRET [程序清单L9.3(5)]指令。此处笔者将任务堆栈指针保存在任务控制块的开头，这样使得堆栈指针的存取在汇编语言中更容易操作。当执行了IRET指令后，CPU会从(SS:SP)指向的堆栈中恢复各个寄存器的值并执行中断前的指令。SS:SP+4指向传递给任务的参数pdata。

程序清单L 9.3 OSStartHighRdy(). _OSStartHighRdy PROC FAR MOV AX, SEG _OSTCBHighRdy ; 载入 DS MOV DS, AX ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBHighRdy ; SS:SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr (1) MOV SS, ES:[BX+2] ; MOV SP, ES:[BX+0] ; ; POP DS ; 恢复任务环境 (2) POP ES ; (3) POPA ; (4) ; IRET ; 运行任务 (5) _OSStartHighRdy ENDP

9.04.02 OSCtxSw()

    OSCtxSw()是一个任务级的任务切换函数（在任务中调用，区别于在中断程序中调用的OSIntCtxSw()）。在80x86系统上，它通过执行一条软中断的指令来实现任务切换。软中断向量指向OSCtxSw()。在μC/OS-II中，如果任务调用了某个函数，而该函数的执行结果可能造成系统任务重新调度（例如试图唤醒了一个优先级更高的任务），则在函数的末尾会调用OSSched(),如果OSSched()判断需要进行任务调度，会找到该任务控制块OS_TCB的地址，并将该地址拷贝到OSTCBHighRdy，然后通过宏OS_TASK_SW()执行软中断进行任务切换。注意到在此过程中，变量OSTCBCur始终包含一个指向当前运行任务OS_TCB的指针。程序清单L9.4为OSCtxSw()的代码。 图F9.4是任务被挂起或被唤醒时的堆栈结构。在80x86处理器上，任务调用OS_TASK_SW()执行软中断指令后[图F9.4/程序清单L9.4(1)]，先向堆栈中压入返回地址（段地址和偏移量），然后是状态字寄存器SW。紧接着用PUSHA [图F9.4/程序清单L9.4(2)], PUSH ES [图F9.4/程序清单L9.4(3)],和 PUSH DS [图F9.4/程序清单L9.4(4)]保存任务运行环境。最后用OSCtxSw()在任务OS_TCB中保存SS和SP寄存器。

    任务环境保存完后，将调用用户定义的对外接口函数OSTaskSwHook()[程序清单L9.4(6)]。请注意，此时OSTCBCur指向当前任务OS_TCB，OSTCBHighRdy指向新任务的OS_TCB。在OSTaskSwHook()中，用户可以访问这两个任务的OS_TCB。如果不使用对外接口函数，请在头文件中把相应的开关选项关闭，加快任务切换的速度。

程序清单L 9.4 OSCtxSw(). _OSCtxSw PROC FAR (1) ; PUSHA ; 保存当前任务环境 (2) PUSH ES (3) PUSH DS (4) ; MOV AX, SEG _OSTCBCur ; 载入DS MOV DS, AX ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBCur ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SS:S (5) MOV ES:[BX+2], SS MOV ES:[BX+0], SP ; CALL FAR PTR _OSTaskSwHook (6) ; MOV AX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy+2 ; OSTCBCur = OSTCBHighRdy (7) MOV DX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur+2, AX MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur, DX ; MOV AL, BYTE PTR DS:_OSPrioHighRdy ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy (8) MOV BYTE PTR DS:_OSPrioCur, AL ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBHighRdy ; SS:SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr (9) MOV SS, ES:[BX+2] MOV SP, ES:[BX] ; POP DS ; 载入新任务的CPU环境 (10) POP ES (11) POPA (12) ; IRET ; 返回新任务 (13) ; _OSCtxSw ENDP

    从对外接口函数OSTaskSwHook()返回后，由于任务的更替，变量OSTCBHighRdy被拷贝到OSTCBCur中[程序清单L9.4(7)]，同样，OSPrioHighRdy被拷贝到OSPrioCur中[程序清单L9.4(8)]。OSCtxSw()将载入新任务的CPU环境，首先从新任务OS_TCB中取出SS和SP寄存器的值[图F9.4(6)/程序清单L9.4(9)]，然后运行POP DS [图F9.4(7)/程序清单L9.4(10)], POP ES [图F9.4(8)/程序清单L9.4(11)], POPA [图F9.4(9)/程序清单L9.4(12)]取出其他寄存器的值,最后用中断返回指令IRET [图F9.4(10)/ L9.4(13)]完成任务切换。

    需要注意的是在运行OSCtxSw()和OSTaskSwHook()函数期间，中断是禁止的。

9.04.03 OSIntCtxSw()

    在μC/OS-II中，由于中断的产生可能会引起任务切换，在中断服务程序的最后会调用OSIntExit()函数检查任务就绪状态，如果需要进行任务切换，将调用OSIntCtxSw()。所以OSIntCtxSw()又称为中断级的任务切换函数。由于在调用OSIntCtxSw()之前已经发生了中断，OSIntCtxSw()将默认CPU寄存器已经保存在被中断任务的堆栈中了。 图F 9.4 任务级任务切换时的80x86堆栈结构.

    程序清单L9.5给出的代码大部分与OSCtxSw()的代码相同，不同之处是，第一，由于中断已经发生，此处不需要再保存CPU寄存器（没有PUSHA, PUSH ES, 或PUSH DS）；第二，OSIntCtxSw()需要调整堆栈指针，去掉堆栈中一些不需要的内容，以使堆栈中只包含任务的运行环境。图F9.5可以帮助读者理解这一过程。

程序清单L 9.5 OSIntCtxSw(). _OSIntCtxSw PROC FAR ; ; Ignore calls to OSIntExit and OSIntCtxSw ; ADD SP,8 ; (Uncomment if OS_CRITICAL_METHOD is 1, see OS_CPU.H) (1) ADD SP,10 ; (Uncomment if OS_CRITICAL_METHOD is 2, see OS_CPU.H) ; MOV AX, SEG _OSTCBCur ; 载入DS MOV DS, AX ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBCur ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SS:SP (2) MOV ES:[BX+2], SS MOV ES:[BX+0], SP ; CALL FAR PTR _OSTaskSwHook (3) ; MOV AX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy+2 ; OSTCBCur = OSTCBHighRdy (4) MOV DX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur+2, AX MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur, DX ; MOV AL, BYTE PTR DS:_OSPrioHighRdy ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy (5) MOV BYTE PTR DS:_OSPrioCur, AL ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBHighRdy ; SS:SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr (6) MOV SS, ES:[BX+2] MOV SP, ES:[BX] ; POP DS ; 载入新任务的CPU环境 (7) POP ES (8) POPA (9) ; IRET ; 返回新任务 (10) ; _OSIntCtxSw ENDP

图F 9.5 中断级任务切换时的80x86堆栈结构

    当中断发生后，CPU在完成当前指令后，进入中断处理过程。首先是保存现场，将返回地址压入当前任务堆栈，然后保存状态寄存器的内容。接下来CPU从中断向量处找到中断服务程序的入口地址，运行中断服务程序。在μC/OS-II中，要求用户的中断服务程序在开头保存CPU其他寄存器的内容[图F9.5(1)]。此后，用户必须调用OSIntEnter()或着把全局变量OSIntNesting加1。此时，被中断任务的堆栈中保存了任务的全部运行环境。在中断服务程序中，有可能引起任务就绪状态的改变而需要任务切换，例如调用了OSMboxPost(), OSQPostFront(),OSQPost(),或试图唤醒一个优先级更高的任务（调用OSTaskResume()）,还可能调用 OSTimeTick()， OSTimeDlyResume()等等。

    μC/OS-II要求用户在中断服务程序的末尾调用OSIntExit()，以检查任务就绪状态。在调用OSIntExit()后，返回地址会压入堆栈中[图F9.5(2)]。

    进入OSIntExit()后，由于要访问临界代码区，首先关闭中断。由于OS_ENTER_CRITICAL()可能有不同的操作（见9.03.02节），状态寄存器SW的内容有可能被压入堆栈[图F9.5(3)]。如果确实要进行任务切换，指针OSTCBHighRdy将指向新的就绪任务的OS_TCB，OSIntExit()会调用OSIntCtxSw()完成任务切换。注意，调用OSIntCtxSw()会在再一次在堆栈中保存返回地址[图F9.5(4)]。在进行任务切换的时候，我们希望堆栈中只保留一次中断发生的任务环境（如图F9.5(1)），而忽略掉由于函数嵌套调用而压入的一系列返回地址（图F9.5(2),(3),(4)）。忽略的方法也很简单，只要把堆栈指针加一个固定的值就可以了[图F9.5(5)/程序清单L9.5(1)]。如果用方法2实现OS_ENTER_CRITICAL()，这个固定值是10；如果用方法1，则是8。实际操作中还与编译器以及编译模式有关。例如，有些编译器会为OSIntExit()在堆栈中分配临时变量，这都会影响具体占用堆栈的大小，这一点需要提醒用户注意。

    一但堆栈指针重新定位后，就被保存到将要被挂起的任务OS_TCB中[图F9.5(6)/程序清单L9.5(2)]。在μC/OS-II中（包括μC/OS），OSIntCtxSw()是唯一一个与编译器相关的函数，也是用户问的最多的。如果您的系统移植后运行一段时间后就会死机，就应该怀疑是OSIntCtxSw()中堆栈指针重新定位的问题。当当前任务的现场保存完毕后，用户定义的对外接口函数OSTaskSwHook()会被调用[程序清单L9.5(3)]。注意到OSTCBCur指向当前任务的OS_TCB，OSTCBHighRdy指向新任务的OS_TCB。在函数OSTaskSwHook()中用户可以访问这两个任务的OS_TCB。如果不用对外接口函数，请在头文件中关闭相应的开关选项，提高任务切换的速度。 从对外接口函数OSTaskSwHook()返回后，由于任务的更替，变量OSTCBHighRdy被拷贝到OSTCBCur中[程序清单L9.5(4)]，同样，OSPrioHighRdy被拷贝到OSPrioCur中[程序清单L9.5(5)]。此时，OSIntCtxSw()将载入新任务的CPU环境，首先从新任务OS_TCB中取出SS和SP寄存器的值[图F9.5(7)/程序清单L9.5(6)]，然后运行POP DS [图F9.5(8)/程序清单L9.5(7)], POP ES [图F9.5(9)/程序清单L9.5(8)], POPA[图F9.5(10)/程序清单L9.5(9)]取出其他寄存器的值,最后用中断返回指令IRET [图F9.5(11)/程序清单L9.5(10)]完成任务切换。

    需要注意的是在运行OSIntCtxSw()和用户定义的OSTaskSwHook()函数期间，中断是禁止的。

9.04.04 OSTickISR()

    在9.03.05节中，我们已经提到过实时系统中时钟节拍发生频率的问题，应该在10到100Hz之间。但由于PC环境的特殊性，时钟节拍由硬件产生，间隔54.93ms (18.20648Hz)。我们将时钟节拍频率设为200Hz。PC时钟节拍的中断向量为0x08，μC/OS-II将此向量截取，指向了μC/OS的中断服务函数OSTickISR()，而原先的中断向量保存在中断129(0x81)中。为满足DOS的需要，原先的中断服务还是每隔54.93ms（实际上还要短些）调用一次。图F9.6为安装μC/OS-II前后的中断向量表。在μC/OS-II中，当调用OSStart()启动多任务环境后，时钟中断的作用是非常重要的。但在PC环境下，启动μC/OS-II之前就已经有时钟中断发生了，实际上我们希望在μC/OS-II初始化完成之后再发生时钟中断，调用OSTickISR()。与此相关的有下述过程：

    PC_DOSSaveReturn() 函数(参看PC.C)：该函数由main()调用，任务是取得DOS下时钟中断向量，并将其保存在0x81中。

main() 函数: 设定中断向量0x80指向任务切换函数OSCtxSw() 至少创立一个任务 当初始化工作完成后调用OSStart()启动多任务环境 第一个运行的任务： 设定中断向量0x08指向函数OSTickISR() 将时钟节拍频率从18.20648改为200Hz

图F9.6 PC 中断向量表(IVT).

    在程序清单L9.6给出了函数OSTickISR()的伪码。和μC/OS-II中的其他中断服务程序一样，OSTickISR()首先在被中断任务堆栈中保存CPU寄存器的值，然后调用OSIntEnter()。μC/OS-II要求在中断服务程序开头调用OSIntEnter()，其作用是将记录中断嵌套层数的全局变量OSIntNesting加1。如果不调用OSIntEnter()，直接将OSIntNesting加1也是允许的。接下来计数器OSTickDOSCtr减1[程序清单L9.6(3)]，每发生11次中断，OSTickDOSCtr减到0，则调用DOS的时钟中断处理函数[程序清单L9.6(4)]，调用间隔大约是54.93ms。如果不调用DOS时钟中断函数，则向中断优先级控制器(PIC)发送命令清除中断标志。如果调用了DOS中断，则此项操作可免，因为在DOS的中断程序中已经完成了。随后，OSTickISR()调用OSTimeTick()，检查所有处于延时等待状态的任务，判断是否有延时结束就绪的任务[程序清单L9.6(6)]。在OSTickISR()的最后调用OSIntExit()，如果在中断中（或其他嵌套的中断）有更高优先级的任务就绪，并且当前中断为中断嵌套的最后一层。OSIntExit()将进行任务调度。注意如果进行了任务调度，OSIntExit()将不再返回调用者，而是用新任务的堆栈中的寄存器数值恢复CPU现场，然后用IRET实现任务切换。如果当前中断不是中断嵌套的最后一层，或中断中没有改变任务的就绪状态，OSIntExit()将返回调用者OSTickISR()，最后OSTickISR()返回被中断的任务。

    程序清单L9.7给出了OSTickISR()的完整代码。

程序清单L 9.6 OSTickISR()伪码. void OSTickISR (void) { Save processor registers; (1) OSIntNesting++; (2) OSTickDOSCtr--; (3) if (OSTickDOSCtr == 0) { Chain into DOS by executing an 'INT 81H' instruction; (4) } else { Send EOI command to PIC (Priority Interrupt Controller); (5) } OSTimeTick(); (6) OSIntExit(); (7) Restore processor registers; (8) Execute a return from interrupt instruction (IRET); (9) } 程序清单L9.7 OSTickISR(). _OSTickISR PROC FAR ; PUSHA ; 保存被中断任务的CPU环境 PUSH ES PUSH DS ; MOV AX, SEG _OSTickDOSCtr ; 载入 DS MOV DS, AX ; INC BYTE PTR _OSIntNesting ; 标示 uC/OS-II 进入中断 ; DEC BYTE PTR DS:_OSTickDOSCtr CMP BYTE PTR DS:_OSTickDOSCtr, 0 JNE SHORT _OSTickISR1 ; 每11个时钟节拍(18.206 Hz)调用DOS时钟中断 ; MOV BYTE PTR DS:_OSTickDOSCtr, 11 INT 081H ; 调用DOS时钟中断处理过程 JMP SHORT _OSTickISR2 _OSTickISR1: MOV AL, 20H ; 向中断优先级控制器发送命令，清除标志位. MOV DX, 20H ; OUT DX, AL ; ; _OSTickISR2: CALL FAR PTR _OSTimeTick ; 调用OSTimeTick（）函数 ; CALL FAR PTR _OSIntExit ; 标示uC/OS-II退出中断 ; POP DS ; 恢复被中断任务的CPU环境 POP ES POPA ; IRET ; 返回被中断任务 ; _OSTickISR ENDP

    如果不更改DOS下的时钟中断频率（保持18.20648 Hz），OSTickISR()函数还可以简化。程序清单L9.8为18.2 Hz的OSTickISR()函数的伪码。同样，函数开头要保存所有的CPU寄存器[程序清单L9.8(1)]，将OSIntNesting加1[程序清单L9.8(2)]。接下来调用DOS的时钟中断处理过程[程序清单L9.8(3)]，此处就不需要清除中断优先级控制器的操作了，因为DOS的时钟中断处理中包含了这一过程。然后调用OSTimeTick()检查任务的延时是否结束[程序清单L9.8(4)]，最后调用OSIntExit()[程序清单L9.8(5)]。结束部分是恢复CPU寄存器的内容[程序清单L9.8(6)]，执行IRET指令返回被中断的任务。如果采用8.2 Hz的OSTickISR()函数，系统初始化过程就不用调用PC_SetTickRate()，同时将文件OS_CFG.H中的常量OS_TICKS_PER_SEC由200改为18。 程序清单L9.9给出了18.2 Hz OSTickISR()的完整代码。

程序清单L 9.8 18.2Hz OSTickISR()伪码. void OSTickISR (void) { Save processor registers; (1) OSIntNesting++; (2) Chain into DOS by executing an 'INT 81H' instruction; (3) OSTimeTick(); (4) OSIntExit(); (5) Restore processor registers; (6) Execute a return from interrupt instruction (IRET); (7) }

9.05 OS_CPU_C.C

    μC/OS-II 的移植需要用户改写OS_CPU_C.C中的六个函数：

OSTaskStkInit() OSTaskCreateHook() OSTaskDelHook() OSTaskSwHook() OSTaskStatHook() OSTimeTickHook()

    实际需要修改的只有OSTaskStkInit()函数，其他五个函数需要声明，但不一定有实际内容。这五个函数都是用户定义的，所以OS_CPU_C.C中没有给出代码。如果用户需要使用这些函数，请将文件OS_CFG.H中的#define constant OS_CPU_HOOKS_EN设为1，设为0表示不使用这些函数。

	程序清单L 9.9 18.2Hz 的OSTickISR()函数. _OSTickISR PROC FAR ; PUSHA ; 保存被中断任务的CPU环境 PUSH ES PUSH DS ; MOV AX, SEG _OSIntNesting ;载入 DS MOV DS, AX ; INC BYTE PTR _OSIntNesting ;标示uC/OS-II进入中断 ; INT 081H ; 调用DOS的时钟中断处理函数 ; CALL FAR PTR _OSTimeTick ; 调用OSTimeTick（）函数 ; CALL FAR PTR _OSIntExit ;标示uC/OS-II of中断结束 ; POP DS ; 恢复被中断任务的CPU环境 POP ES POPA ; IRET ; 返回被中断任务 ; _OSTickISR ENDP

图F9.7 传递参数 pdata的堆栈初始化结构

9.05.01 OSTaskStkInit()

    该函数由OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()调用，用来初始化任务的堆栈。初始状态的堆栈模拟发生一次中断后的堆栈结构。图F9.7说明了OSTaskStkInit()初始化后的堆栈内容。请注意，图中的堆栈结构不是调用OSTaskStkInit()任务的，而是新创建任务的。 当调用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()创建一个新任务时，需要传递的参数是：任务代码的起使地址，参数指针(pdata)，任务堆栈顶端的地址，任务的优先级。OSTaskCreateExt()还需要一些其他参数，但与OSTaskStkInit()没有关系。OSTaskStkInit() (程序清单L9.10)只需要以上提到的3个参数（task, pdata,和ptos）。

程序清单L 9.10 OSTaskStkInit(). void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, void *ptos, INT16U opt) { INT16U *stk; opt = opt; /* 'opt'未使用,此处可防止编译器的警告 */ stk = (INT16U *)ptos; /* 载入堆栈指针 (1) */ *stk-- = (INT16U)FP_SEG(pdata); /* 放置向函数传递的参数 (2) */ *stk-- = (INT16U)FP_OFF(pdata); *stk-- = (INT16U)FP_SEG(task); /* 函数返回地址(3) */ *stk-- = (INT16U)FP_OFF(task); *stk-- = (INT16U)0x0202; /* SW 设置为中断开启 (4) */ *stk-- = (INT16U)FP_SEG(task); /* 堆栈顶端放置指向任务代码的指针*/ *stk-- = (INT16U)FP_OFF(task); *stk-- = (INT16U)0xAAAA; /* AX = 0xAAAA (5) */ *stk-- = (INT16U)0xCCCC; /* CX = 0xCCCC */ *stk-- = (INT16U)0xDDDD; /* DX = 0xDDDD */ *stk-- = (INT16U)0xBBBB; /* BX = 0xBBBB */ *stk-- = (INT16U)0x0000; /* SP = 0x0000 */ *stk-- = (INT16U)0x1111; /* BP = 0x1111 */ *stk-- = (INT16U)0x2222; /* SI = 0x2222 */ *stk-- = (INT16U)0x3333; /* DI = 0x3333 */ *stk-- = (INT16U)0x4444; /* ES = 0x4444 */ *stk = _DS; /* DS =当前CPU的 DS寄存器 (6) */ return ((void *)stk); }

    由于80x86 堆栈是16位宽的（以字为单位）[程序清单L9.10(1)]，OSTaskStkInit()将创立一个指向以字为单位内存区域的指针。同时要求堆栈指针指向空堆栈的顶端。笔者使用的Borland C/C++编译器配置为用堆栈而不是寄存器来传送参数pdata，此时参数pdata的段地址和偏移量都将被保存在堆栈中[程序清单L9.10(2)]。堆栈中紧接着是任务函数的起始地址[程序清单L9.10(3)]，理论上，此处应该为任务的返回地址，但在μC/OS-II中，任务函数必须为无限循环结构，不能有返回点。返回地址下面是状态字(SW) [程序清单L9.10(4)]，设置状态字也是为了模拟中断发生后的堆栈结构。堆栈中的SW初始化为0x0202，这将使任务启动后允许中断发生；如果设为0x0002，则任务启动后将禁止中断。需要注意的是，如果选择任务启动后允许中断发生，则所有的任务运行期间中断都允许；同样，如果选择任务启动后禁止中断，则所有的任务都禁止中断发生，而不能有所选择。如果确实需要突破上述限制，可以通过参数pdata向任务传递希望实现的中断状态。如果某个任务选择启动后禁止中断，那么其他的任务在运行的时候需要重新开启中断。同时还要修改OSTaskIdle()和OSTaskStat()函数，在运行时开启中断。如果以上任何一个环节出现问题，系统就会崩溃。所以笔者还是推荐用户设置SW为0x0202，在任务启动时开启中断。

    堆栈中还要留出各个寄存器的空间，注意寄存器在堆栈中的位置要和运行指令PUSHA, PUSH ES, 和PUSH DS和压入堆栈的次序相同。上述指令在每次进入中断服务程序时都会调用[程序清单L9.10(5)]。AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,和DI的次序是和指令PUSHA的压栈次序相同的。如果使用没有PUSHA指令的8086处理器，就要使用多个PUSH指令压入上述寄存器，且顺序要与PUSHA相同。在程序清单L9.10中每个寄存器被初始化为不同的值，这是为了调试方便。Borland编译器支持伪寄存器变量操作，可以用_DS关键字取得CPU DS寄存器的值，程序清单L9.10中（6）标记处用_DS直接把DS寄存器拷贝到堆栈中。堆栈初始化工作结束后，OSTaskStkInit()返回新的堆栈栈顶指针，OSTaskCreate()或 OSTaskCreateExt()将指针保存在任务的OS_TCB中。

9.05.02 OSTaskCreateHook()

    OS_CPU_C.C中未定义，此函数为用户定义。

9.05.03 OSTaskDelHook()

    OS_CPU_C.C中未定义，此函数为用户定义。

9.05.04 OSTaskSwHook()

    OS_CPU_C.C中未定义，此函数为用户定义。其用法请参考例程3。

9.05.05 OSTaskStatHook()

    OS_CPU_C.C中未定义，此函数为用户定义。其用法请参考例程3。

9.05.06 OSTimeTickHook()

    OS_CPU_C.C中未定义，此函数为用户定义。

9.06 内存占用

    表 9.1列出了指定初始化常量的情况下，μC/OS-II占用内存的情况，包括数据和程序代码。如果μC/OS-II用于嵌入式系统，则数据指RAM的占用，程序代码指ROM的占用。内存占用的说明清单随磁盘一起提供给用户，在安装μC/OS-II后，查看\SOFTWARE\uCOS-II\Ix836L\DOC\目录下的ROM-RAM.XLS文件。该文件为Microsoft Excel文件，需要Office 97或更高版本的Excel打开。

    表9.1中所列出的内存占用大小都近似为25字节的倍数。笔者所用的Borland C/C++ V3.1设定为编译产生运行速度最快的目标代码，所以表中所列的数字并不是绝对的，但可以给读者一个总的概念。例如，如果不使用消息队列机制，在编译前将OS_Q_EN设为0，则编译后的目标代码长度6,875字节，可减小大约1,475字节。此外，空闲任务（idle）和统计任务（statistics）的堆栈都设为1,024字节(1Kb)。根据您自己的要求可以增减。μC/OS-II的数据结构最少需要35字节的RAM。 表9.2说明了如何裁减μC/OS-II，应用在更小规模的系统上。此处的小系统有16个任务。并且不采用如下功能：

邮箱功能(OS_MBOX_EN设为0) 内存管理机制(OS_MEM_EN设为0) 动态改变任务优先级(OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN设为0) 旧版本的任务创建函数OSTaskCreate()(OS_TASK_CREATE_EN设为0) 任务删除(OS_TASK_DEL_EN设为0) 挂起和唤醒任务(OS_TASK_SUSPEND_EN设为0)

    采取上述措施后，程序代码空间可以减小3Kb，数据空间可以减小2,200字节。由于只有16个任务运行，节省了大量用于任务控制块OS_TCB的空间。在80x86的大模式编译条件下，每一个OS_TCB将占用45字节的RAM。

9.07 运行时间