本章将介绍如何将μC/OS-II移植到INTEL80x86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

PentiumII

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。80x86CPU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F9.180x86 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F9.2 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BorlandC/C++V3.1和BorlandTurboAssembler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MicrosoftWindows95。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INTEL80x86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.

#ifdefOS_CPU_GLOBALS

#defineOS_CPU_EXT

#else

#defineOS_CPU_EXTextern

#endif

/*

*************************************************************************

******

* 数据类型

*(与编译器相关的内容)

*************************************************************************

******

*/

typedefunsignedcharBOOLEAN;

typedefunsignedcharINT8U;/* 无符号8位数 (1)*/

typedefsignedcharINT8S;/* 带符号8位数 */

typedefunsignedintINT16U;/* 无符号16位数 */

typedefsignedintINT16S;/* 带符号16位数 */

typedefunsignedlongINT32U;/* 无符号32位数 */

typedefsignedlongINT32S;/* 带符号32位数 */

typedeffloatFP32;/* 单精度浮点数 */

typedefdoubleFP64;/* 双精度浮点数 */

typedefunsignedintOS_STK;/* 堆栈入口宽度为16位 */

#defineBYTEINT8S/* 以下定义的数据类型是为了与uC/OSV1.xx 兼容 */

#defineUBYTEINT8U/*在uC/OS-II中并没有实际的用处 */

#defineWORDINT16S

#defineUWORDINT16U

#defineLONGINT32S

#defineULONGINT32U

/*

*************************************************************************

******

*INTEL80x86(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。

*

*

*

*************************************************************************

******

*/

#defineOS_CRITICAL_METHOD2

#ifOS_CRITICAL_METHOD==1

#defineOS_ENTER_CRITICAL()asmCLI/* 关闭中断*/

#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmSTI/* 打开中断*/

#endif

#ifOS_CRITICAL_METHOD==2

#defineOS_ENTER_CRITICAL()asm{PUSHF;CLI}/* 关闭中断 */

#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmPOPF/* 打开中断 */

#endif

/*

*************************************************************************

******

*INTEL80x86(实模式, 大模式编译)

*************************************************************************

******

*/

#defineOS_STK_GROWTH1/* 堆栈由高地址向低地址增长 (3)*/

#defineuCOS0x80/* 中断向量0x80用于任务切换 (4)*/

#defineOS_TASK_SW()asmINTuCOS(5)

/*

*************************************************************************

******

* 全局变量

*************************************************************************

******

*/

OS_CPU_EXTINT8UOSTickDOSCtr;/* 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

BorlandC/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BorlandC/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。BorlandC/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100Hz。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200Hz(间隔5ms)。一方面200Hz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200Hz，而如果是PentiumII处理器，则达到200Hz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F9.3 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POPDS[程序清单L9.3(2)],POPES[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().

_OSStartHighRdyPROCFAR

MOVAX,SEG_OSTCBHighRdy; 载入 DS

MOVDS,AX;

LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBHighRdy;SS:SP=OSTCBHighRdy-

>OSTCBStkPtr (1)

MOVSS,ES:[BX+2];

MOVSP,ES:[BX+0];

;

POPDS; 恢复任务环境 (2)

POPES;(3)

POPA;(4)

;

IRET; 运行任务 (5)

_OSStartHighRdyENDP

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)],PUSHES[图F9.4/程序

清单L9.4(3)],和PUSHDS[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L9.4 OSCtxSw().

_OSCtxSwPROCFAR(1)

;

PUSHA; 保存当前任务环境 (2)

PUSHES (3)

PUSHDS (4)

;

MOVAX,SEG_OSTCBCur; 载入DS

MOVDS,AX

;

LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBCur;OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SS:S(5)

MOVES:[BX+2],SS

MOVES:[BX+0],SP

;

CALLFARPTR_OSTaskSwHook(6)

;

MOVAX,WORDPTRDS:_OSTCBHighRdy+2;OSTCBCur=OSTCBHighRdy(7)

MOVDX,WORDPTRDS:_OSTCBHighRdy

MOVWORDPTRDS:_OSTCBCur+2,AX

MOVWORDPTRDS:_OSTCBCur,DX

;

MOVAL,BYTEPTRDS:_OSPrioHighRdy;OSPrioCur=OSPrioHighRdy(8)

MOVBYTEPTRDS:_OSPrioCur,AL

;

LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBHighRdy;SS:SP=OSTCBHighRdy-

>OSTCBStkPtr (9)

MOVSS,ES:[BX+2]

MOVSP,ES:[BX]

;

POPDS; 载入新任务的CPU环境 (10)

POPES (11)

POPA (12)

;

IRET; 返回新任务 (13)

;

_OSCtxSwENDP

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POPDS[图F9.4(7)/程序清单L9.4(10)],POPES

[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