嵌入式实时操作系统uCOSII第9章 μCOS-II在80x86上的移植

µC/OS-II在80x86上的移植本章将介绍如何将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：80186802868038680486PentiumPentiumII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。昀快的处理器（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，应用程序和数据昀大寻址空间为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。9.02INCLUDES.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L9.1INCLUDES.H.#includestdio.h#includestring.h#includectype.h#includestdlib.h#includeconio.h#includedos.h#includesetjmp.h#include\software\ucos-ii\ix86l\os_cpu.h#includeos_cfg.h#include\software\blocks\pc\source\pc.h#include\software\ucos-ii\source\ucos_ii.h9.03OS_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L9.2OS_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，也是昀简单的方法，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的昀大优点是简单，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