μC/OS-II在80x86上的移植
本章將介紹如何將μC/OS-II移植到INTEL80x86系列CPU上，本章所介紹的移植和代碼都是針對80x86的實(shí)模式的，且編譯器在大模式下編譯和連接。本章的內(nèi)容同樣適用于下述CPU：
80186
80286
80386
80486
Pentium
PentiumII
實(shí)際上，將要介紹的移植過程適用于所有與80x86兼容的CPU，如AMD，Cyrix，NEC(V-系列)等等。以INTEL的為例只是一種更典型的情況。80x86CPU每年的產(chǎn)量有數(shù)百萬，大部分用于個人計算機(jī)，但用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)量也在不斷增加。最快的處理器(Pentium系列)將在2000年達(dá)到1G的工作頻率。
大部分支持80x86(實(shí)模式)的C編譯器都提供了不同的內(nèi)存使用模式，每一種都有不同的內(nèi)存組織方式，適用于不同規(guī)模的應(yīng)用程序。在大模式下，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)最大尋址空間為1Mb，程序指針為32位。下一節(jié)將介紹為什么32位指針只用到了其中的20位來尋址(1Mb)。
本章所介紹的內(nèi)容也適用于8086處理器，但由于8086沒有PUSHA指令，移植的時候要用幾條PUSH指令來代替。
圖F9.1顯示了工作在實(shí)模式下的80x86處理器的編程模式。所有的寄存器都是16位，在任務(wù)切換時需要保存寄存器內(nèi)容。
圖F9.180x86 實(shí)模式內(nèi)部寄存器圖.
80x86提供了一種特殊的機(jī)制，使得用16位寄存器可以尋址1Mb地址空間，這就是存儲器分段的方法。內(nèi)存的物理地址用段地址寄存器和偏移量寄存器共同表示。計算方法是：段地址寄存器的內(nèi)容左移4位(乘以16)，再加上偏移量寄存器(其他6個寄存器中的一個，AX，BP，SP，SI，DI或IP)的內(nèi)容，產(chǎn)生可尋址1Mb的20位物理地址。圖F9.2表明了寄存器是如何組合的。段寄存器可以指向一個內(nèi)存塊，稱為一個段。一個16位的段寄存器可以表示65,536個不同的段，因此可以尋址1,048,576字節(jié)。由于偏移量寄存器也是16位的，所以單個段不能超過64K。實(shí)際操作中，應(yīng)用程序是由許多小于64K的段組成的。
圖F9.2 使用段寄存器和偏移量寄存器尋址.
代碼段寄存器(CS)指向當(dāng)前程序運(yùn)行的代碼段起始，堆棧段寄存器(SS)指向程序堆棧段的起始，數(shù)據(jù)段寄存器指向程序數(shù)據(jù)區(qū)的起始，附加段寄存器(ES)指向一個附加數(shù)據(jù)存儲區(qū)。每次CPU尋址的時候，段寄存器中的某一個會被自動選用，加上偏移量寄存器的內(nèi)容作為物理地址。文獻(xiàn)中會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)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 開發(fā)工具
筆者采用的是BorlandC/C++V3.1和BorlandTurboAssembler匯編器完成程序的移植和測試，它可以產(chǎn)生可重入的代碼，同時支持在C程序中嵌入?yún)R編語句。編譯完成后，程序可在PC機(jī)上運(yùn)行。本書代碼的測試是在一臺Pentium-II計算機(jī)上完成的，操作系統(tǒng)是MicrosoftWindows95。實(shí)際上編譯器生成的是DOS可執(zhí)行文件，在Windows的DOS窗口中運(yùn)行。
只要您用的編譯器可以產(chǎn)生實(shí)模式下的代碼，移植工作就可以進(jìn)行。如果開發(fā)環(huán)境不同，就只能麻煩您更改一下編譯器和匯編器的設(shè)置了。
9.01 目錄和文件
在安裝μC/OS-II的時候，安裝程序?qū)押陀布嚓P(guān)的，針對INTEL80x86的代碼安裝到SOFTWAREuCOS-IIIx86L目錄下。代碼是80x86實(shí)模式，且在編譯器大模式下編譯的。移植部
分的代碼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是主頭文件，在所有后綴名為.C的文件的開始都包含INCLUDES.H文件。使用INCLUDES.H的好處是所有的.C文件都只包含一個頭文件，程序簡潔，可讀性強(qiáng)。缺點(diǎn)是.C文件
可能會包含一些它并不需要的頭文件，額外的增加編譯時間。與優(yōu)點(diǎn)相比，多一些編譯時間還
是可以接受的。用戶可以改寫INCLUDES.H文件，增加自己的頭文件，但必須加在文件末尾。程
序清單L9.1是為80x86編寫的INCLUDES.H文件的內(nèi)容。
程序清單L 9.1 INCLUDES.H.
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"softwareucos-iiix86los_cpu.h"
#include"os_cfg.h"
#include"softwareblockspcsourcepc.h"
#include"softwareucos-iisourceucos_ii.h"
9.03 OS_CPU.H文件
OS_CPU.H文件中包含與處理器相關(guān)的常量，宏和結(jié)構(gòu)體的定義。程序清單L9.2是為80x86編寫的OS_CPU.H文件的內(nèi)容。
程序清單L 9.2 OS_CPU.H.
#ifdefOS_CPU_GLOBALS
#defineOS_CPU_EXT
#else
#defineOS_CPU_EXTextern
#endif
/*
*************************************************************************
******
* 數(shù)據(jù)類型
*(與編譯器相關(guān)的內(nèi)容)
*************************************************************************
******
*/
typedefunsignedcharBOOLEAN;
typedefunsignedcharINT8U;/* 無符號8位數(shù) (1)*/
typedefsignedcharINT8S;/* 帶符號8位數(shù) */
typedefunsignedintINT16U;/* 無符號16位數(shù) */
typedefsignedintINT16S;/* 帶符號16位數(shù) */
typedefunsignedlongINT32U;/* 無符號32位數(shù) */
typedefsignedlongINT32S;/* 帶符號32位數(shù) */
typedeffloatFP32;/* 單精度浮點(diǎn)數(shù) */
typedefdoubleFP64;/* 雙精度浮點(diǎn)數(shù) */
typedefunsignedintOS_STK;/* 堆棧入口寬度為16位 */
#defineBYTEINT8S/* 以下定義的數(shù)據(jù)類型是為了與uC/OSV1.xx 兼容 */[!--empirenews.page--]
#defineUBYTEINT8U/*在uC/OS-II中并沒有實(shí)際的用處 */
#defineWORDINT16S
#defineUWORDINT16U
#defineLONGINT32S
#defineULONGINT32U
/*
*************************************************************************
******
*INTEL80x86(實(shí)模式, 大模式編譯)
*
*方法 #1: 用簡單指令開關(guān)中斷。
* 注意，用方法1關(guān)閉中斷，從調(diào)用函數(shù)返回后中斷會重新打開!
* 注意將文件OS_CPU_A.ASM中與OSIntCtxSw()相關(guān)的常量從10改到8。
*
* 方法 #2: 關(guān)中斷前保存中斷被關(guān)閉的狀態(tài).
* 注意將文件OS_CPU_A.ASM中與OSIntCtxSw()相關(guān)的常量從8改到10。
*
*
*
*************************************************************************
******
*/
#defineOS_CRITICAL_METHOD2
#ifOS_CRITICAL_METHOD==1
#defineOS_ENTER_CRITICAL()asmCLI/* 關(guān)閉中斷*/
#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmSTI/* 打開中斷*/
#endif
#ifOS_CRITICAL_METHOD==2
#defineOS_ENTER_CRITICAL()asm{PUSHF;CLI}/* 關(guān)閉中斷 */
#defineOS_EXIT_CRITICAL()asmPOPF/* 打開中斷 */
#endif
/*
*************************************************************************
******
*INTEL80x86(實(shí)模式, 大模式編譯)
*************************************************************************
******
*/
#defineOS_STK_GROWTH1/* 堆棧由高地址向低地址增長 (3)*/
#defineuCOS0x80/* 中斷向量0x80用于任務(wù)切換 (4)*/
#defineOS_TASK_SW()asmINTuCOS(5)
/*
*************************************************************************
******
* 全局變量
*************************************************************************
******
*/
OS_CPU_EXTINT8UOSTickDOSCtr;/* 為調(diào)用DOS時鐘中斷而定義的計數(shù)器*/
(6)*/
9.03.01 數(shù)據(jù)類型
由于不同的處理器有不同的字長，μC/OS-II的移植需要重新定義一系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用
BorlandC/C++編譯器，整數(shù)(int)類型數(shù)據(jù)為16位，長整形(long)為32位。為了讀者方便起見，盡管μC/OS-II中沒有用到浮點(diǎn)類型的數(shù)，在源代碼中筆者還是提供了浮點(diǎn)類型的定義。
由于在80x86實(shí)模式中堆棧都是按字進(jìn)行操作的，沒有字節(jié)操作，所以BorlandC/C++編譯器中堆棧數(shù)據(jù)類型OS_STK聲明為16位。所有的堆棧都必須用OS_STK聲明。
9.03.02 代碼臨界區(qū)
與其他實(shí)時系統(tǒng)一樣，μC/OS-II在進(jìn)入系統(tǒng)臨界代碼區(qū)之前要關(guān)閉中斷，等到退出臨界區(qū)后再打開。從而保護(hù)核心數(shù)據(jù)不被多任務(wù)環(huán)境下的其他任務(wù)或中斷破壞。BorlandC/C++支持嵌入?yún)R編語句，所以加入關(guān)閉/打開中斷的語句是很方便的。μC/OS-II定義了兩個宏用來關(guān)閉/打開中斷：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。此處，筆者為用戶提供兩種開關(guān)中斷的方法，如下所述的方法1和方法2。作為一種測試，本書采用了方法1。當(dāng)然，您可以自由決定采用那種方法。
方法1
第一種方法，也是最簡單的方法，是直接將OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()定義為處理器的關(guān)閉(CLI)和打開(STI)中斷指令。但這種方法有一個隱患，如果在關(guān)閉中斷后調(diào)用μC/OS-II函數(shù)，當(dāng)函數(shù)返回后，中斷將被打開!嚴(yán)格意義上的關(guān)閉中斷應(yīng)該是執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL()后中斷始終是關(guān)閉的， 方法1顯然不滿足要求。 但方法1的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，執(zhí)行速度快(只有一條指令)，在此類操作頻繁的時候更為突出。如果在任務(wù)中并不在意調(diào)用函數(shù)返回后是否被中斷，推薦用戶采用方法1。此時需要將OSIntCtxSw()中的常量由10改到8(見文件OS_CPU_A.ASM)。
方法2
執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL()的第二種方法是先將中斷關(guān)閉的狀態(tài)保存到堆棧中，然后關(guān)閉中斷。與之對應(yīng)的OS_EXIT_CRITICAL()的操作是從堆棧中恢復(fù)中斷狀態(tài)。采用此方法，不管用戶是在中斷關(guān)閉還是允許的情況下調(diào)用μC/OS-Ⅱ中的函數(shù)，在調(diào)用過程中都不會改變中斷狀態(tài)。
如果用戶在中斷關(guān)閉的情況下調(diào)用μC/OS-Ⅱ函數(shù)，其實(shí)是延長了中斷響應(yīng)時間。雖然OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()可以保護(hù)代碼的臨界段。但如此用法要小心，特別
是在調(diào)用OSTimeDly()一類函數(shù)之前關(guān)閉了中斷。 此時任務(wù)將處于延時掛起狀態(tài)， 等待時鐘中斷，但此時時鐘中斷是禁止的!則系統(tǒng)可能會崩潰。很明顯，所有的PEND調(diào)用都會涉及到這個問題，必須十分小心。所以建議用戶調(diào)用μC/OS-Ⅱ的系統(tǒng)函數(shù)之前打開中斷。
9.03.03 堆棧增長方向
80x86處理器的堆棧是由高地址向低地址方向增長的， 所以常量OS_STK_GROWTH必須設(shè)置為1
[程序清單L9.2(3)]。
9.03.04 OS_TASK_SW()
在 μC/OS-II中,就緒任務(wù)的堆棧初始化應(yīng)該模擬一次中斷發(fā)生后的樣子，堆棧中應(yīng)該按進(jìn)
棧次序設(shè)置好各個寄存器的內(nèi)容。OS_TASK_SW()函數(shù)模擬一次中斷過程，在中斷返回的時候進(jìn)
行任務(wù)切換。80x86提供了256個軟中斷源可供選用，中斷服務(wù)程序(ISR)(也稱為例外處理過
程)的入口點(diǎn)必須指向匯編函數(shù)OSCtxSw()(請參看文件OS_CPU_A.ASM)。
由于筆者是在PC機(jī)上測試代碼的，本章的代碼用到了中斷號128(0x80)，因為此中斷號是提供給用戶使用的[程序清單L9.2(4)](PC和操作系統(tǒng)會占用一部分中斷資源—譯者注)，類似的用戶可用中斷號還有0x4B到0x5B,0x5D到0x66,或者0x68到0x6F。如果用戶用的不是PC，而是其他嵌入式系統(tǒng)，如80186處理器，用戶可能有更多的中斷資源可供選用。
9.03.05 時鐘節(jié)拍的發(fā)生頻率
實(shí)時系統(tǒng)中時鐘節(jié)拍的發(fā)生頻率應(yīng)該設(shè)置為10到100Hz。通常(但不是必須的)為了方便計算設(shè)為整數(shù)。不幸的是，在PC中，系統(tǒng)缺省的時鐘節(jié)拍頻率是18.20648Hz，這對于我們的計算和設(shè)置都不方便。本章中，筆者將更改PC的時鐘節(jié)拍頻率到200Hz(間隔5ms)。一方面200Hz近似18.20648Hz的11倍，可以經(jīng)過11次延時再調(diào)用DOS中斷;另一方面，在DOS中，有些操作要求時鐘間隔為54.93ms，我們設(shè)定的間隔5ms也可以滿足要求。如果您的PC機(jī)處理器是80386，時鐘節(jié)拍最快也只能到200Hz，而如果是PentiumII處理器，則達(dá)到200Hz以上沒有問題。[!--empirenews.page--]
在文件OS_CPU.H的末尾聲明了一個8位變量OSTickDOSCtr，將保存時鐘節(jié)拍發(fā)生的次數(shù)，每發(fā)生11次，調(diào)用DOS的時鐘節(jié)拍函數(shù)一次，從而實(shí)現(xiàn)與DOS時鐘的同步。OSTickDOSCtr是專門為PC環(huán)境而聲明的，如果在其他非PC的系統(tǒng)中運(yùn)行μC/OS-II，就不用這種同步方法，直接設(shè)定時鐘節(jié)拍發(fā)生頻率就行了。
9.04 OS_CPU_A.ASM
μC/OS-II的移植需要用戶改寫OS_CPU_A.ASM中的四個函數(shù)：
OSStartHighRdy()
OSCtxSw()
OSIntCtxSw()
OSTickISR()
9.04.01 OSStartHighRdy()
該函數(shù)由SStart()函數(shù)調(diào)用，功能是運(yùn)行優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)，在調(diào)用OSStart()之前，用戶必須先調(diào)用OSInit()，并且已經(jīng)至少創(chuàng)建了一個任務(wù)(請參考OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()函數(shù))。OSStartHighRdy()默認(rèn)指針OSTCBHighRdy指向優(yōu)先級最高就緒任務(wù)的任務(wù)控制塊(OS_TCB)(在這之前OSTCBHighRdy已由OSStart()設(shè)置好了)。圖F9.3給出了由函數(shù)OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()創(chuàng)建的任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)。很明顯，OSTCBHighRdy-
>OSTCBStkPtr指向的是任務(wù)堆棧的頂端。
函數(shù)OSStartHighRdy()的代碼見程序清單L9.3。
圖F9.3 任務(wù)創(chuàng)立時的80x86堆棧結(jié)構(gòu).
為了啟動任務(wù)，OSStartHighRdy()從任務(wù)控制塊(OS_TCB)[程序清單L9.3(1)]中找到指向堆棧的指針，然后運(yùn)行POPDS[程序清單L9.3(2)],POPES[程序清單L9.3(3)],POPA[程序清單L9.3(4)],和IRET[程序清單L9.3(5)]指令。此處筆者將任務(wù)堆棧指針保存在任務(wù)控制塊的開頭，這樣使得堆棧指針的存取在匯編語言中更容易操作。
當(dāng)執(zhí)行了IRET指令后，CPU會從(SS:SP)指向的堆棧中恢復(fù)各個寄存器的值并執(zhí)行中斷前的指令。SS:SP+4指向傳遞給任務(wù)的參數(shù)pdata。
程序清單L 9.3 OSStartHighRdy().
_OSStartHighRdyPROCFAR
MOVAX,SEG_OSTCBHighRdy; 載入 DS
MOVDS,AX;
LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBHighRdy;SS:SP=OSTCBHighRdy-
>OSTCBStkPtr (1)
MOVSS,ES:[BX+2];
MOVSP,ES:[BX+0];
;
POPDS; 恢復(fù)任務(wù)環(huán)境 (2)
POPES;(3)
POPA;(4)
;
IRET; 運(yùn)行任務(wù) (5)
_OSStartHighRdyENDP
9.04.02 OSCtxSw()
OSCtxSw()是一個任務(wù)級的任務(wù)切換函數(shù)(在任務(wù)中調(diào)用，區(qū)別于在中斷程序中調(diào)用的
OSIntCtxSw())。在80x86系統(tǒng)上，它通過執(zhí)行一條軟中斷的指令來實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。軟中斷向量
指向OSCtxSw()。在μC/OS-II中，如果任務(wù)調(diào)用了某個函數(shù)，而該函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果可能造成系統(tǒng)
任務(wù)重新調(diào)度(例如試圖喚醒了一個優(yōu)先級更高的任務(wù))，則在函數(shù)的末尾會調(diào)用OSSched(),
如果OSSched()判斷需要進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，會找到該任務(wù)控制塊OS_TCB的地址，并將該地址拷貝到
OSTCBHighRdy，然后通過宏OS_TASK_SW()執(zhí)行軟中斷進(jìn)行任務(wù)切換。注意到在此過程中，變量
OSTCBCur始終包含一個指向當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)OS_TCB的指針。程序清單L9.4為OSCtxSw()的代碼。
圖F9.4是任務(wù)被掛起或被喚醒時的堆棧結(jié)構(gòu)。在80x86處理器上，任務(wù)調(diào)用OS_TASK_SW()執(zhí)
行軟中斷指令后[圖F9.4/程序清單L9.4(1)]，先向堆棧中壓入返回地址(段地址和偏移量)，
然后是狀態(tài)字寄存器SW。緊接著用PUSHA[圖F9.4/程序清單L9.4(2)],PUSHES[圖F9.4/程序
清單L9.4(3)],和PUSHDS[圖F9.4/程序清單L9.4(4)]保存任務(wù)運(yùn)行環(huán)境。最后用OSCtxSw()在
任務(wù)OS_TCB中保存SS和SP寄存器。
任務(wù)環(huán)境保存完后，將調(diào)用用戶定義的對外接口函數(shù)OSTaskSwHook()[程序清單L9.4(6)]。
請注意，此時OSTCBCur指向當(dāng)前任務(wù)OS_TCB，OSTCBHighRdy指向新任務(wù)的OS_TCB。在
OSTaskSwHook()中，用戶可以訪問這兩個任務(wù)的OS_TCB。如果不使用對外接口函數(shù)，請在頭文
件中把相應(yīng)的開關(guān)選項關(guān)閉，加快任務(wù)切換的速度。
程序清單L9.4 OSCtxSw().
_OSCtxSwPROCFAR(1)
;
PUSHA; 保存當(dāng)前任務(wù)環(huán)境 (2)
PUSHES (3)
PUSHDS (4)
;
MOVAX,SEG_OSTCBCur; 載入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; 載入新任務(wù)的CPU環(huán)境 (10)
POPES (11)
POPA (12)
;
IRET; 返回新任務(wù) (13)
;
_OSCtxSwENDP
從對外接口函數(shù)OSTaskSwHook()返回后，由于任務(wù)的更替，變量OSTCBHighRdy被拷貝到
OSTCBCur中[程序清單L9.4(7)]，同樣，OSPrioHighRdy被拷貝到OSPrioCur中[程序清單
L9.4(8)]。OSCtxSw()將載入新任務(wù)的CPU環(huán)境，首先從新任務(wù)OS_TCB中取出SS和SP寄存器的值
[圖F9.4(6)/程序清單L9.4(9)]，然后運(yùn)行POPDS[圖F9.4(7)/程序清單L9.4(10)],POPES
[圖F9.4(8)/程序清單L9.4(11)],POPA[圖F9.4(9)/程序清單L9.4(12)]取出其他寄存器的值,
最后用中斷返回指令I(lǐng)RET[圖F9.4(10)/L9.4(13)]完成任務(wù)切換。
需要注意的是在運(yùn)行OSCtxSw()和OSTaskSwHook()函數(shù)期間，中斷是禁止的。
9.04.03 OSIntCtxSw()
在μC/OS-II中，由于中斷的產(chǎn)生可能會引起任務(wù)切換，在中斷服務(wù)程序的最后會調(diào)用[!--empirenews.page--]
OSIntExit()函數(shù)檢查任務(wù)就緒狀態(tài)，如果需要進(jìn)行任務(wù)切換，將調(diào)用OSIntCtxSw()。所以
OSIntCtxSw()又稱為中斷級的任務(wù)切換函數(shù)。由于在調(diào)用OSIntCtxSw()之前已經(jīng)發(fā)生了中斷，
OSIntCtxSw()將默認(rèn)CPU寄存器已經(jīng)保存在被中斷任務(wù)的堆棧中了。
圖F 9.4 任務(wù)級任務(wù)切換時的80x86堆棧結(jié)構(gòu).
程序清單L9.5給出的代碼大部分與OSCtxSw()的代碼相同，不同之處是，第一，由于中斷已
經(jīng)發(fā)生， 此處不需要再保存CPU寄存器 (沒有PUSHA,PUSHES,或PUSHDS) ; 第二， OSIntCtxSw()需要調(diào)整堆棧指針，去掉堆棧中一些不需要的內(nèi)容，以使堆棧中只包含任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。圖F9.5可以幫助讀者理解這一過程。
程序清單L 9.5 OSIntCtxSw().
_OSIntCtxSwPROCFAR
;;IgnorecallstoOSIntExitandOSIntCtxSw
;ADDSP,8;(UncommentifOS_CRITICAL_METHODis1,seeOS_CPU.H)(1)
ADDSP,10;(UncommentifOS_CRITICAL_METHODis2,seeOS_CPU.H)
;
MOVAX,SEG_OSTCBCur; 載入DS
MOVDS,AX
;
LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBCur;OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SS:SP(2)
MOVES:[BX+2],SS
MOVES:[BX+0],SP
;
CALLFARPTR_OSTaskSwHook(3)
;
MOVAX,WORDPTRDS:_OSTCBHighRdy+2;OSTCBCur=OSTCBHighRdy(4)
MOVDX,WORDPTRDS:_OSTCBHighRdy
MOVWORDPTRDS:_OSTCBCur+2,AX
MOVWORDPTRDS:_OSTCBCur,DX
;
MOVAL,BYTEPTRDS:_OSPrioHighRdy;OSPrioCur=OSPrioHighRdy(5)
MOVBYTEPTRDS:_OSPrioCur,AL
;
LESBX,DWORDPTRDS:_OSTCBHighRdy;SS:SP=OSTCBHighRdy-
>OSTCBStkPtr (6)
MOVSS,ES:[BX+2]
MOVSP,ES:[BX]
;
POPDS; 載入新任務(wù)的CPU環(huán)境 (7)
POPES (8)
POPA (9)
;
IRET; 返回新任務(wù) (10)
;
_OSIntCtxSwENDP
圖F 9.5 中斷級任務(wù)切換時的80x86堆棧結(jié)構(gòu)
當(dāng)中斷發(fā)生后，CPU在完成當(dāng)前指令后，進(jìn)入中斷處理過程。首先是保存現(xiàn)場，將返回地址
壓入當(dāng)前任務(wù)堆棧，然后保存狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。接下來CPU從中斷向量處找到中斷服務(wù)程序的
入口地址，運(yùn)行中斷服務(wù)程序。在μC/OS-II中，要求用戶的中斷服務(wù)程序在開頭保存CPU其他寄
存器的內(nèi)容[圖F9.5(1)]。此后，用戶必須調(diào)用OSIntEnter()或著把全局變量OSIntNesting加1。
此時，被中斷任務(wù)的堆棧中保存了任務(wù)的全部運(yùn)行環(huán)境。在中斷服務(wù)程序中，有可能引起任務(wù)
就緒狀態(tài)的改變而需要任務(wù)切換，例如調(diào)用了OSMboxPost(),OSQPostFront(),OSQPost(),或試
圖喚醒一個優(yōu)先級更高的任務(wù)(調(diào)用OSTaskResume()),還可能調(diào)用OSTimeTick()，
OSTimeDlyResume()等等。
μC/OS-II要求用戶在中斷服務(wù)程序的末尾調(diào)用OSInt Exit()，以檢查任務(wù)就緒狀態(tài)。在調(diào)用
OSInt Exit()后，返回地址會壓入堆棧中[圖F9.5(2)]。
進(jìn)入OSIntExit()后，由于要訪問臨界代碼區(qū)，首先關(guān)閉中斷。由于OS_ENTER_CRITICAL()可
能有不同的操作(見9.03.02節(jié))，狀態(tài)寄存器SW的內(nèi)容有可能被壓入堆棧[圖F9.5(3)]。如果
確實(shí)要進(jìn)行任務(wù)切換，指針OSTCBHighRdy將指向新的就緒任務(wù)的OS_TCB，OSIntExit()會調(diào)用
OSIntCtxSw()完成任務(wù)切換。注意，調(diào)用OSIntCtxSw()會在再一次在堆棧中保存返回地址[圖
F9.5(4)]。在進(jìn)行任務(wù)切換的時候，我們希望堆棧中只保留一次中斷發(fā)生的任務(wù)環(huán)境(如圖
F9.5(1))，而忽略掉由于函數(shù)嵌套調(diào)用而壓入的一系列返回地址(圖F9.5(2),(3),(4))。忽
略的方法也很簡單，只要把堆棧指針加一個固定的值就可以了[圖F9.5(5)/程序清單L9.5(1)]。
如果用方法2實(shí)現(xiàn)OS_ENTER_CRITICAL()，這個固定值是10;如果用方法1，則是8。實(shí)際操作中
還與編譯器以及編譯模式有關(guān)。例如，有些編譯器會為OSIntExit()在堆棧中分配臨時變量，這
都會影響具體占用堆棧的大小，這一點(diǎn)需要提醒用戶注意。
一但堆棧指針重新定位后，就被保存到將要被掛起的任務(wù)OS_TCB中[圖F9.5(6)/程序清單
L9.5(2)]。在μC/OS-II中(包括μC/OS)，OSIntCtxSw()是唯一一個與編譯器相關(guān)的函數(shù)，也是
用戶問的最多的。如果您的系統(tǒng)移植后運(yùn)行一段時間后就會死機(jī)，就應(yīng)該懷疑是OSIntCtxSw()
中堆棧指針重新定位的問題。
當(dāng)當(dāng)前任務(wù)的現(xiàn)場保存完畢后，用戶定義的對外接口函數(shù)OSTaskSwHook()會被調(diào)用[程序清
單L9.5(3)]。注意到OSTCBCur指向當(dāng)前任務(wù)的OS_TCB，OSTCBHighRdy指向新任務(wù)的OS_TCB。在
函數(shù)OSTaskSwHook()中用戶可以訪問這兩個任務(wù)的OS_TCB。如果不用對外接口函數(shù)，請在頭文
件中關(guān)閉相應(yīng)的開關(guān)選項，提高任務(wù)切換的速度。
從對外接口函數(shù)OSTaskSwHook()返回后，由于任務(wù)的更替，變量OSTCBHighRdy被拷貝到
OSTCBCur中[程序清單L9.5(4)]，同樣，OSPrioHighRdy被拷貝到OSPrioCur中[程序清單
L9.5(5)]。此時，OSIntCtxSw()將載入新任務(wù)的CPU環(huán)境，首先從新任務(wù)OS_TCB中取出SS和SP寄
存器的值[圖F9.5(7)/程序清單L9.5(6)]，然后運(yùn)行POPDS[圖F9.5(8)/程序清單L9.5(7)],
POPES[圖F9.5(9)/程序清單L9.5(8)],POPA[圖F9.5(10)/程序清單L9.5(9)]取出其他寄存器
的值,最后用中斷返回指令I(lǐng)RET[圖F9.5(11)/程序清單L9.5(10)]完成任務(wù)切換。
需要注意的是在運(yùn)行OSIntCtxSw()和用戶定義的OSTaskSwHook()函數(shù)期間，中斷是禁止的。
9.04.04 OSTickISR()
在9.03.05節(jié)中，我們已經(jīng)提到過實(shí)時系統(tǒng)中時鐘節(jié)拍發(fā)生頻率的問題，應(yīng)該在10到100Hz[!--empirenews.page--]
之間。但由于PC環(huán)境的特殊性，時鐘節(jié)拍由硬件產(chǎn)生，間隔54.93ms(18.20648Hz)。我們將時
鐘節(jié)拍頻率設(shè)為200Hz。PC時鐘節(jié)拍的中斷向量為0x08，μC/OS-II將此向量截取，指向了μC/OS
的中斷服務(wù)函數(shù)OSTickISR()，而原先的中斷向量保存在中斷129(0x81)中。為滿足DOS的需要，
原先的中斷服務(wù)還是每隔54.93ms(實(shí)際上還要短些)調(diào)用一次。圖F9.6為安裝μC/OS-II前后的
中斷向量表。
在μC/OS-II中， 當(dāng)調(diào)用OSStart()啟動多任務(wù)環(huán)境后， 時鐘中斷的作用是非常重要的。 但在PC
環(huán)境下，啟動μC/OS-II之前就已經(jīng)有時鐘中斷發(fā)生了，實(shí)際上我們希望在μC/OS-II初始化完成之后再發(fā)生時鐘中斷，調(diào)用OSTickISR()。與此相關(guān)的有下述過程：
PC_DOSSaveReturn()函數(shù)(參看PC.C)：該函數(shù)由main()調(diào)用，任務(wù)是取得DOS下時鐘中斷向量，并將其保存在0x81中。
main()函數(shù):
設(shè)定中斷向量0x80指向任務(wù)切換函數(shù)OSCtxSw()
至少創(chuàng)立一個任務(wù)
當(dāng)初始化工作完成后調(diào)用OSStart()啟動多任務(wù)環(huán)境
第一個運(yùn)行的任務(wù)：
設(shè)定中斷向量0x08指向函數(shù)OSTickISR()
將時鐘節(jié)拍頻率從18.20648改為200Hz
圖F9.6 PC 中斷向量表(IVT).
在程序清單L9.6給出了函數(shù)OSTickISR()的偽碼。和μC/OS-II中的其他中斷服務(wù)程序一樣，OSTickISR()首先在被中斷任務(wù)堆棧中保存CPU寄存器的值，然后調(diào)用OSIntEnter()。
μC/OS-II要求在中斷服務(wù)程序開頭調(diào)用OSIntEnter()， 其作用是將記錄中斷嵌套層數(shù)的全局
變量OSIntNesting加1。如果不調(diào)用OSIntEnter()，直接將OSIntNesting加1也是允許的。接下來計數(shù)器OSTickDOSCtr減1[程序清單L9.6(3)]，每發(fā)生11次中斷，OSTickDOSCtr減到0，則調(diào)用DOS的時鐘中斷處理函數(shù)[程序清單L9.6(4)]，調(diào)用間隔大約是54.93ms。如果不調(diào)用DOS時鐘中斷函數(shù)，則向中斷優(yōu)先級控制器(PIC)發(fā)送命令清除中斷標(biāo)志。如果調(diào)用了DOS中斷，則此項操作可免，因為在DOS的中斷程序中已經(jīng)完成了。隨后，OSTickISR()調(diào)用OSTimeTick()，檢查所有處于延時等待狀態(tài)的任務(wù)，判斷是否有延時結(jié)束就緒的任務(wù)[程序清單L9.6(6)]。 在OSTickISR()的最后調(diào)用OSIntExit()， 如果在中斷中 (或其他嵌套的中斷)有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，并且當(dāng)前中斷為中斷嵌套的最后一層。OSIntExit()將進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。注意如果進(jìn)行了任務(wù)調(diào)度，OSIntExit()將不再返回調(diào)用者，而是用新任務(wù)的堆棧中的寄存器數(shù)值恢復(fù)CPU現(xiàn)場，然后用IRET實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。如果當(dāng)前中斷不是中斷嵌套的最后一層，或中斷中沒有改變?nèi)蝿?wù)的就緒狀態(tài)，OSIntExit()將返回調(diào)用者OSTickISR()，最后OSTickISR()返回被中斷的任務(wù)。
程序清單L9.7給出了OSTickISR()的完整代碼。
程序清單L 9.6 OSTickISR()偽碼.
voidOSTickISR(void)
{
Saveprocessorregisters;(1)
OSIntNesting++;(2)
OSTickDOSCtr—-;(3)
if(OSTickDOSCtr==0){
ChainintoDOSbyexecutingan‘INT81H‘instruction;(4)
}else{
SendEOIcommandtoPIC(PriorityInterruptController);(5)
}
OSTimeTick();(6)
OSIntExit(); (7)
Restoreprocessorregisters;(8)
Executeareturnfrominterruptinstruction(IRET);(9)
}
程序清單L9.7 OSTickISR().
_OSTickISRPROCFAR
;
PUSHA; 保存被中斷任務(wù)的CPU環(huán)境
PUSHES
PUSHDS
;
MOVAX,SEG_OSTickDOSCtr; 載入 DS
MOVDS,AX
;
INCBYTEPTR_OSIntNesting; 標(biāo)示 uC/OS-II 進(jìn)入中斷
;
DECBYTEPTRDS:_OSTickDOSCtr
CMPBYTEPTRDS:_OSTickDOSCtr,0
JNESHORT_OSTickISR1; 每11個時鐘節(jié)拍(18.206Hz)調(diào)用DOS時鐘中斷
;
MOVBYTEPTRDS:_OSTickDOSCtr,11
INT081H; 調(diào)用DOS時鐘中斷處理過程
JMPSHORT_OSTickISR2
_OSTickISR1:
MOVAL,20H; 向中斷優(yōu)先級控制器發(fā)送命令，清除標(biāo)志位.
MOVDX,20H;
OUTDX,AL;
;
_OSTickISR2:
CALLFARPTR_OSTimeTick; 調(diào)用OSTimeTick()函數(shù)
;
CALLFARPTR_OSIntExit; 標(biāo)示uC/OS-II退出中斷
;
POPDS; 恢復(fù)被中斷任務(wù)的CPU環(huán)境
POPES
POPA
;
IRET; 返回被中斷任務(wù)
;
_OSTickISRENDP
如果不更改DOS下的時鐘中斷頻率(保持18.20648Hz)，OSTickISR()函數(shù)還可以簡化。程序清單L9.8為18.2Hz的OSTickISR()函數(shù)的偽碼。同樣，函數(shù)開頭要保存所有的CPU寄存器[程序清單L9.8(1)]，將OSIntNesting加1[程序清單L9.8(2)]。接下來調(diào)用DOS的時鐘中斷處理過程[程序清單L9.8(3)]，此處就不需要清除中斷優(yōu)先級控制器的操作了，因為DOS的時鐘中斷處理中包含了這一過程。然后調(diào)用OSTimeTick()檢查任務(wù)的延時是否結(jié)束[程序清單L9.8(4)]， 最后調(diào)用OSInt Exit()[程序清單L9.8(5)]。 結(jié)束部分是恢復(fù)CPU寄存器的內(nèi)容[程序清單L9.8(6)]，執(zhí)行IRET指令返回被中斷的任務(wù)。如果采用8.2Hz的OSTickISR()函數(shù)，系統(tǒng)初始化過程就不用調(diào)用PC_SetTickRate()，同時將文件OS_CFG.H中的常量OS_TICKS_PER_SEC由200改為18。
程序清單L9.9給出了18.2HzOSTickISR()的完整代碼。
程序清單L9.818.2Hz OSTickISR()偽碼.
voidOSTickISR(void)
{
Saveprocessorregisters;(1)
OSIntNesting++;(2)
ChainintoDOSbyexecutingan‘INT81H‘instruction;(3)
OSTimeTick();(4)
OSIntExit(); (5)
Restoreprocessorregisters;(6)
Executeareturnfrominterruptinstruction(IRET);(7)
}
9.05 OS_CPU_C.C
μC/OS-II的移植需要用戶改寫OS_CPU_C.C中的六個函數(shù)：[!--empirenews.page--]
OSTaskStkInit()
OSTaskCreateHook()
OSTaskDelHook()
OSTaskSwHook()
OSTaskStatHook()
OSTimeTickHook()
實(shí)際需要修改的只有OSTaskStkInit()函數(shù)，其他五個函數(shù)需要聲明，但不一定有實(shí)際內(nèi)容。這五個函數(shù)都是用戶定義的，所以O(shè)S_CPU_C.C中沒有給出代碼。如果用戶需要使用這些函數(shù)，請將文件OS_CFG.H中的#define constant OS_CPU_HOOKS_EN設(shè)為1，設(shè)為0表示不使用這些函數(shù)。
程序清單L 9.9 18.2Hz 的OSTickISR()函數(shù).
_OSTickISRPROCFAR
;
PUSHA; 保存被中斷任務(wù)的CPU環(huán)境
PUSHES
PUSHDS
;
MOVAX,SEG_OSIntNesting;載入 DS
MOVDS,AX
;
INCBYTEPTR_OSIntNesting;標(biāo)示uC/OS-II進(jìn)入中斷
;
INT081H; 調(diào)用DOS的時鐘中斷處理函數(shù)
;
CALLFARPTR_OSTimeTick; 調(diào)用OSTimeTick()函數(shù)
;
CALLFARPTR_OSIntExit;標(biāo)示uC/OS-IIof中斷結(jié)束
;
POPDS; 恢復(fù)被中斷任務(wù)的CPU環(huán)境
POPES
POPA
;
IRET; 返回被中斷任務(wù)
;
_OSTickISRENDP
圖F9.7 傳遞參數(shù) pdata的堆棧初始化結(jié)構(gòu)
9.05.01 OSTaskStkInit()
該函數(shù)由OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調(diào)用，用來初始化任務(wù)的堆棧。初始狀態(tài)的堆棧模擬發(fā)生一次中斷后的堆棧結(jié)構(gòu)。圖F9.7說明了OSTaskStkInit()初始化后的堆棧內(nèi)容。請注意，圖中的堆棧結(jié)構(gòu)不是調(diào)用OSTaskStkInit()任務(wù)的，而是新創(chuàng)建任務(wù)的。
當(dāng)調(diào)用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()創(chuàng)建一個新任務(wù)時，需要傳遞的參數(shù)是：
任務(wù)代碼的起使地址，參數(shù)指針(pdata)，任務(wù)堆棧頂端的地址，任務(wù)的優(yōu)先級。
OSTaskCreateExt()還需要一些其他參數(shù)，但與OSTask StkInit()沒有關(guān)系。
OSTaskStkInit()(程序清單L9.10)只需要以上提到的3個參數(shù)(task,pdata,和ptos)。
程序清單L 9.10 OSTaskStkInit().
void*OSTaskStkInit(void(*task)(void*pd),void*pdata,void*ptos,INT16Uopt)
{
INT16U*stk;
opt=opt;/*‘opt‘未使用,此處可防止編譯器的警告 */
stk=(INT16U*)ptos;/* 載入堆棧指針 (1)*/
*stk--=(INT16U)FP_SEG(pdata);/* 放置向函數(shù)傳遞的參數(shù) (2)*/
*stk--=(INT16U)FP_OFF(pdata);
*stk--=(INT16U)FP_SEG(task);/* 函數(shù)返回地址(3)*/
*stk--=(INT16U)FP_OFF(task);
*stk--=(INT16U)0x0202;/*SW 設(shè)置為中斷開啟 (4)*/
*stk--=(INT16U)FP_SEG(task);/* 堆棧頂端放置指向任務(wù)代碼的指針*/
*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=當(dāng)前CPU的 DS寄存器 (6)*/
return((void*)stk);
}
由于80x86堆棧是16位寬的(以字為單位)[程序清單L9.10(1)]，OSTaskStkInit()將創(chuàng)立一個指向以字為單位內(nèi)存區(qū)域的指針。同時要求堆棧指針指向空堆棧的頂端。
筆者使用的BorlandC/C++編譯器配置為用堆棧而不是寄存器來傳送參數(shù)pdata，此時參數(shù)pdata的段地址和偏移量都將被保存在堆棧中[程序清單L9.10(2)]。
堆棧中緊接著是任務(wù)函數(shù)的起始地址[程序清單L9.10(3)]，理論上，此處應(yīng)該為任務(wù)的返回地址，但在μC/OS-II中，任務(wù)函數(shù)必須為無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，不能有返回點(diǎn)。
返回地址下面是狀態(tài)字(SW)[程序清單L9.10(4)]， 設(shè)置狀態(tài)字也是為了模擬中斷發(fā)生后的堆棧結(jié)構(gòu)。堆棧中的SW初始化為0x0202，這將使任務(wù)啟動后允許中斷發(fā)生;如果設(shè)為0x0002，則任務(wù)啟動后將禁止中斷。需要注意的是，如果選擇任務(wù)啟動后允許中斷發(fā)生，則所有的任務(wù)運(yùn)行期間中斷都允許;同樣，如果選擇任務(wù)啟動后禁止中斷，則所有的任務(wù)都禁止中斷發(fā)生，而不能有所選擇。
如果確實(shí)需要突破上述限制，可以通過參數(shù)pdata向任務(wù)傳遞希望實(shí)現(xiàn)的中斷狀態(tài)。如果某個任務(wù)選擇啟動后禁止中斷，那么其他的任務(wù)在運(yùn)行的時候需要重新開啟中斷。同時還要修改OSTaskIdle()和OSTaskStat()函數(shù)，在運(yùn)行時開啟中斷。如果以上任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就會崩潰。所以筆者還是推薦用戶設(shè)置SW為0x0202，在任務(wù)啟動時開啟中斷。
堆棧中還要留出各個寄存器的空間，注意寄存器在堆棧中的位置要和運(yùn)行指令PUSHA,PUSHES,和PUSHDS和壓入堆棧的次序相同。 上述指令在每次進(jìn)入中斷服務(wù)程序時都會調(diào)用[程序清單L9.10(5)]。AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,和DI的次序是和指令PUSHA的壓棧次序相同的。如果使用沒有PUSHA指令的8086處理器，就要使用多個PUSH指令壓入上述寄存器，且順序要與PUSHA相同。 在程序清單L9.10中每個寄存器被初始化為不同的值， 這是為了調(diào)試方便。
Borland編譯器支持偽寄存器變量操作，可以用_DS關(guān)鍵字取得CPUDS寄存器的值，程序清單
L9.10中(6)標(biāo)記處用_DS直接把DS寄存器拷貝到堆棧中。
堆棧初始化工作結(jié)束后，OSTaskStkInit()返回新的堆棧棧頂指針，OSTaskCreate()或
OSTaskCreateExt()將指針保存在任務(wù)的OS_TCB中。
9.05.02 OSTaskCreateHook()
OS_CPU_C.C中未定義，此函數(shù)為用戶定義。
9.05.03 OSTaskDelHook()
OS_CPU_C.C中未定義，此函數(shù)為用戶定義。
9.05.04 OSTaskSwHook()
OS_CPU_C.C中未定義，此函數(shù)為用戶定義。其用法請參考例程3。
9.05.05 OSTaskStatHook()[!--empirenews.page--]
OS_CPU_C.C中未定義，此函數(shù)為用戶定義。其用法請參考例程3。
9.05.06 OSTimeTickHook()
OS_CPU_C.C中未定義，此函數(shù)為用戶定義。
9.06 內(nèi)存占用
表9.1列出了指定初始化常量的情況下，μC/OS-II占用內(nèi)存的情況，包括數(shù)據(jù)和程序代碼。如果μC/OS-II用于嵌入式系統(tǒng)，則數(shù)據(jù)指RAM的占用，程序代碼指ROM的占用。內(nèi)存占用的說明清單隨磁盤一起提供給用戶，在安裝μC/OS-II后，查看SOFTWAREuCOS-
IIIx836LDOC目錄下的ROM-RAM.XLS文件。 該文件為MicrosoftExcel文件， 需要Office97
或更高版本的Excel打開。
表9.1中所列出的內(nèi)存占用大小都近似為25字節(jié)的倍數(shù)。筆者所用的BorlandC/C++V3.1設(shè)定為編譯產(chǎn)生運(yùn)行速度最快的目標(biāo)代碼，所以表中所列的數(shù)字并不是絕對的，但可以給讀者一個總的概念。例如，如果不使用消息隊列機(jī)制，在編譯前將OS_Q_EN設(shè)為0，則編譯后的目標(biāo)代碼長度6,875字節(jié)，可減小大約1,475字節(jié)。
此外，空閑任務(wù)(idle)和統(tǒng)計任務(wù)(statistics)的堆棧都設(shè)為1,024字節(jié)(1Kb)。根據(jù)您自己的要求可以增減。μC/OS-II的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最少需要35字節(jié)的RAM。
表9.2說明了如何裁減μC/OS-II，應(yīng)用在更小規(guī)模的系統(tǒng)上。此處的小系統(tǒng)有16個任務(wù)。
并且不采用如下功能：
?郵箱功能(OS_MBOX_EN設(shè)為0)
?內(nèi)存管理機(jī)制(OS_MEM_EN設(shè)為0)
?動態(tài)改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級(OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN設(shè)為0)
?舊版本的任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate()(OS_TASK_CREATE_EN設(shè)為0)
?任務(wù)刪除(OS_TASK_DEL_EN設(shè)為0)
?掛起和喚醒任務(wù)(OS_TASK_SUSPEND_EN設(shè)為0)
采取上述措施后， 程序代碼空間可以減小3Kb， 數(shù)據(jù)空間可以減小2,200字節(jié)。 由于只有16個任務(wù)運(yùn)行，節(jié)省了大量用于任務(wù)控制塊OS_TCB的空間。在80x86的大模式編譯條件下，每一個OS_TCB將占用45字節(jié)的RAM。
9.07 運(yùn)行時間
表9.3到9.5列出了大部分μC/OS-II函數(shù)在80186處理器上的運(yùn)行時間。 統(tǒng)計的方法是將C原程序編譯為匯編代碼，然后計算每條匯編指令所需的時鐘周期，根據(jù)處理器的時鐘頻率，最后算出運(yùn)行時間。表中的I 欄為函數(shù)包含有多少條指令，C 欄為函數(shù)運(yùn)行需要多少時鐘周期，μs為運(yùn)行所需的以微秒為單位的時間。表中有3類時間，分別是在函數(shù)中關(guān)閉中斷的時間、函數(shù)運(yùn)行的最小時間和最大時間。如果您不使用80186處理器，表中的數(shù)據(jù)就沒有什么實(shí)際意義，但可以使您理解每個函數(shù)運(yùn)行時間的相對大小。
表 9.1μC/OS-II 內(nèi)存占用( 80186).
表 9.2 壓縮后的μC/OS-II配置.
以上各表中的時間數(shù)據(jù)都是假設(shè)函數(shù)成功運(yùn)行，正常返回;同時假定處理器工作在最大總線速度。平均來說，80186處理器的每條指令需要10個時鐘周期。
對于80186處理器，μC/OS-II中的函數(shù)最大的關(guān)閉中斷時間是33.3μs，約1,100個時鐘周期。
N/A是指該函數(shù)的運(yùn)行時間長短并不重要，例如一些只執(zhí)行一次初始化函數(shù)。
如果您用的是x86系列的其他CPU，您可以根據(jù)表中每個函數(shù)的運(yùn)行時鐘周期項估計當(dāng)前CPU的執(zhí)行時間。例如，如果用80486，且知80486的指令平均用2個時鐘周期;或者知道80486總線頻率為66MHz(比80186的33MHz快2倍)，都可以估計出函數(shù)在80486上的執(zhí)行時間。
表 9.3μC/OS-II函數(shù)在33MHz80186上的執(zhí)行時間.
表9.3μC/OS-II函數(shù)在33MHz80186上的執(zhí)行時間.(續(xù)表)內(nèi)存管理
表9.3μC/OS-II函數(shù)在33MHz80186上的執(zhí)行時間.(續(xù)表)
下面我們將討論每個函數(shù)的關(guān)閉中斷時間，最大、最小運(yùn)行時間是如何計算的，以及這樣計算的先決條件。
OSSchedUnlock()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)變量OSLockNesting減為0，且系統(tǒng)中沒有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，SSchedUnlock()正常結(jié)束返回調(diào)用者。
最大運(yùn)行時間是也是當(dāng)變量OSLockNesting減為0，但有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，函數(shù)中需要進(jìn)行任務(wù)切換。
OSIntExit()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)變量OSLockNesting減為0，且系統(tǒng)中沒有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，OSIntExit()正常結(jié)束返回被中斷任務(wù)。
最大運(yùn)行時間是也是當(dāng)變量OSLockNesting減為0，但有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒，OSIntExit()將不返回調(diào)用者，經(jīng)過任務(wù)切換操作后，將直接返回就緒的任務(wù)。
OSTickISR()
此函數(shù)假定在當(dāng)前μC/OS-II中運(yùn)行有最大數(shù)目的任務(wù)(64個)。
最小運(yùn)行時間是當(dāng)64個任務(wù)都不在等待延時狀態(tài)。也就是說，所有的任務(wù)都不需要OSTickISR()處理。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)63個任務(wù)(空閑進(jìn)程不會延時等待)都處于延時狀態(tài)，此時OSTickISR()需要逐個檢查等待中的任務(wù)，將計數(shù)器減1，并判斷是否延時結(jié)束。這種情況對于系統(tǒng)是一個很重的負(fù)荷。例如在最壞的情況，設(shè)時鐘節(jié)拍間隔10ms，OSTickISR()需要625μs，占了約6%的CPU利用率。但請注意，此時所有的任務(wù)都沒有執(zhí)行，只是內(nèi)核的開銷。
OSMboxPend()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)郵箱中有消息需要處理的時候。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)郵箱中沒有消息，任務(wù)需要等待的時候。此時調(diào)用OSMboxPend()的任務(wù)將被掛起，進(jìn)行任務(wù)切換。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSMboxPend()的累計時間，這個過程包括OSMboxPend()查看郵箱，發(fā)現(xiàn)沒有消息，再調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSMboxPend()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSMboxPend()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。[!--empirenews.page--]
OSMboxPost()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)郵箱是空的，沒有任務(wù)等待消息的時候。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)消息郵箱中有一個或多個任務(wù)在等待消息。此時，消息將發(fā)往等待隊列中優(yōu)先級最高的任務(wù)，將此任務(wù)喚醒執(zhí)行。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSMboxPost()的累計時間，這個過程包括任務(wù)喚醒等待任務(wù)，發(fā)送消息，調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSMboxPost()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSMboxPost()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。
OSMemGet()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)系統(tǒng)中已經(jīng)沒有內(nèi)存塊，OSMemGet()返回錯誤碼。
最大運(yùn)行時間是OSMemGet()獲得了內(nèi)存塊，返回調(diào)用者。
OSMemPut()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)向一個已經(jīng)排滿的內(nèi)存分區(qū)中返回內(nèi)存塊。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)向一個未排滿的內(nèi)存分區(qū)中返回內(nèi)存塊
OSQPend()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)消息隊列中有消息需要處理的時候。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)消息隊列中沒有消息，任務(wù)需要等待的時候。此時調(diào)用OSQPend()的任務(wù)將被掛起，進(jìn)行任務(wù)切換。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSQPend()的累計時間，這個過程包括OSQPend()查看消息隊列，發(fā)現(xiàn)沒有消息，再調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSQPend()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSQ`Pend()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。
OSQPost()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)消息隊列是空的，沒有任務(wù)等待消息的時候。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)消息隊列中有一個或多個任務(wù)在等待消息。此時，消息將發(fā)往等待隊列中優(yōu)先級最高的任務(wù)，將此任務(wù)喚醒執(zhí)行。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSQPost()的累計時間，這個過程包括任務(wù)喚醒等待任務(wù)，發(fā)送消息，調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSQPost()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSQPost()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。
OSQPostFront()
此函數(shù)與OSQPost()的過程相同。
OSSemPend()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)信號量可獲取的時候(信號量計數(shù)器大于0)。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)信號量不可得，任務(wù)需要等待的時候。此時調(diào)用OSSemPend()的任務(wù)將被掛起，進(jìn)行任務(wù)切換。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSQPend()的累計時間，這個過程包括OSSemPend()查看信號量計數(shù)器，發(fā)現(xiàn)是0，再調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSSemPend()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSSemPend()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。
OSSemPost()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)沒有任務(wù)在等待信號量的時候。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)有一個或多個任務(wù)在等待信號量。此時，等待隊列中優(yōu)先級最高的任務(wù)將被喚醒執(zhí)行。最大運(yùn)行時間是同一任務(wù)執(zhí)行OSSemPost()的累計時間，這個過程包括任務(wù)喚醒等待任務(wù)，調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)OSSched()，切換到新任務(wù)。當(dāng)由于某種原因調(diào)用OSSemPost()的任務(wù)又被喚醒執(zhí)行，從OSSched()中返回，發(fā)現(xiàn)返回的原因是由于延時結(jié)束(處理延時結(jié)束情況的代碼最長—譯者注)，最后返回調(diào)用任務(wù)。OSSemPost()的最大運(yùn)行時間是上述時間的總和。
OSTaskChangePrio()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)任務(wù)被改變的優(yōu)先級比當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的低，此時不進(jìn)行任務(wù)切換，直接返回調(diào)用任務(wù)。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)任務(wù)被改變的優(yōu)先級比當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的高，此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
OSTaskCreate()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)調(diào)用OSTaskCreate()的任務(wù)創(chuàng)建了一個比自己優(yōu)先級低的任務(wù)， 此時不進(jìn)行任務(wù)切換。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)調(diào)用OSTaskCreate()的任務(wù)創(chuàng)建了一個比自己優(yōu)先級高的任務(wù)， 此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
上述兩種情況都是假定OSTaskCreateHook()不進(jìn)行任何操作。
OSTaskCreateExt()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)OSTaskCreateExt()不對堆棧進(jìn)行清零操作(此項操作是為堆棧檢查函數(shù)做準(zhǔn)備的)。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)OSTaskCreateExt()需要進(jìn)行堆棧清零操作。但此項操作的時間取決于堆棧的大小。如果設(shè)清除每個堆棧單元(堆棧操作以字為單位—譯者注)需要100個時鐘周期(3μs)，1000字節(jié)的堆棧將需要1,500μs(1000字節(jié)除以2再乘以3μs/每字)。在清除堆棧過程中中斷是打開的，可以響應(yīng)中斷請求。
上述兩種情況都是假定OSTaskCreateHook()不進(jìn)行任何操作。
OSTaskDel()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)被刪除的任務(wù)不是當(dāng)前任務(wù)，此時不進(jìn)行任務(wù)切換。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)被刪除的任務(wù)是當(dāng)前任務(wù)，此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
OSTaskDelReq()
該函數(shù)很短，幾乎沒有最小和最大運(yùn)行時間之分。
OSTaskResume()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)OSTaskResume()喚醒了一個任務(wù)，但該任務(wù)的優(yōu)先級比當(dāng)前任務(wù)低，此時不進(jìn)行任務(wù)切換。
最大運(yùn)行時間是OSTaskResume()喚醒了一個優(yōu)先級更高的任務(wù)，此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
OSTaskStkChk()
OSTaskStkChk()的執(zhí)行過程是從堆棧的底端開始檢查0的個數(shù)，估計堆棧所剩的空間。
所以最小運(yùn)行時間是當(dāng)OSTaskStkChk()檢查一個全部占滿的堆棧。 但實(shí)際上這種情況是不允許發(fā)生的，這將使系統(tǒng)崩潰。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)OSTaskStkChk()檢查一個全空堆棧，執(zhí)行時間取決于堆棧的大小。例如檢查每個堆棧單元(堆棧操作以字為單位—譯者注)需要80鐘周期(2.4μs)，1000字節(jié)的堆棧將需要1,200μs(1000字節(jié)除以2再乘以2.4μs/每字)。再加上其他的一些操作，總共需要大約1,218μs。在檢查堆棧過程中中斷是打開的，可以響中斷請求。
OSTaskSuspend()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)被掛起的任務(wù)不是當(dāng)前任務(wù)，此時不進(jìn)行任務(wù)切換。[!--empirenews.page--]
最大運(yùn)行時間是當(dāng)前任務(wù)掛起自己，此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
OSTaskQuery()
該函數(shù)的運(yùn)行時間總是一樣的。OSTaskQuery()執(zhí)行的操作是獲取任務(wù)的任務(wù)控制塊OS_TCB。如果OS_TCB中包含所有的操作項，需要占用45字節(jié)(大模式編譯)。
OSTimeDly()
如果延時時間不為0，則OSTimeDly()運(yùn)行時間總是相同的。此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
如果延時時間為0，OSTimeDly()不清除OSRdyGrp中的任務(wù)就緒位，不進(jìn)行延時操作，直接返回。
OSTimeDlyHMSM()
如果延時時間不為0，則OSTimeDlyHMSM()運(yùn)行時間總是相同的。此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
此外，OSTimeDlyHMSM()延時時間最好不要超過65,536個時鐘節(jié)拍。也就是說，如果時鐘節(jié)拍發(fā)生的間隔為10ms(頻率100Hz)，延時時間應(yīng)該限定在10分55秒350毫秒內(nèi)。如果超過了上述數(shù)值，該任務(wù)就不能用OSTimeDlyResume()函數(shù)喚醒。
OSTimeDlyResume()
最小運(yùn)行時間是當(dāng)被喚醒的任務(wù)優(yōu)先級低于當(dāng)前任務(wù)，此時不進(jìn)行任務(wù)切換。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)喚醒了一個優(yōu)先級更高的任務(wù)，此時將進(jìn)行任務(wù)切換。
OSTimeTick()
前面我們討論的OSTickISR()函數(shù)其實(shí)就是OSTimeTick()與OSIntEnter()、 OSIntExit()
的組合。OSTickISR()的時間占用情況就是OSTimeTick()的占用情況。以下討論假定系統(tǒng)中有μC/OS-II允許的最大數(shù)量的任務(wù)(64個)。
最小運(yùn)行時間是當(dāng)64個任務(wù)都不在等待延時狀態(tài)。也就是說，所有的任務(wù)都不需要OSTimeTick()處理。
最大運(yùn)行時間是當(dāng)63個任務(wù) (空閑進(jìn)程不會延時等待) 都處于延時狀態(tài)， 此時OSTimeTick()
需要逐個檢查等待中的任務(wù)，將計數(shù)器減1，并判斷是否延時結(jié)束。例如在最壞的情況，設(shè)時鐘節(jié)拍間隔10ms，OSTimeTick()需要約600μs，占了6%的CPU利用率
表 9.4 各函數(shù)的執(zhí)行時間(按關(guān)閉中斷時間排序).
表9.5 各函數(shù)的執(zhí)行時間(按最大運(yùn)行時間排序).
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