移植UCOS II到X86 PC上之图文版

转：⼀步⼀步教你使⽤uCOS-II第⼀篇 UCOS介绍第⼀篇 UCOS介绍这个⼤家都知道。

呵呵。

考虑到咱们学习的完整性还是在这⾥唠叨⼀下。

让⼤家再熟悉⼀下。

⾼⼿们忍耐⼀下吧！ uC/OS II(Micro Control Operation System Two)是⼀个可以基于ROM运⾏的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有⾼度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，是和很多商业操作系统性能相当的实时操作系统(RTOS)。

为了提供最好的移植性能，uC/OS II最⼤程度上使⽤ANSI C语⾔进⾏开发，并且已经移植到近40多种处理器体系上，涵盖了从8位到64位各种CPU(包括DSP)。

uC/OS II可以简单的视为⼀个多任务调度器，在这个任务调度器之上完善并添加了和多任务操作系统相关的系统服务，如信号量、邮箱等。

其主要特点有公开源代码，代码结构清晰、明了，注释详尽，组织有条理，可移植性好，可裁剪，可固化。

内核属于抢占式，最多可以管理60个任务。

µC/OS-II 的前⾝是µC/OS，最早出⾃于1992 年美国嵌⼊式系统专家Jean brosse 在《嵌⼊式系统编程》杂志的5 ⽉和6 ⽉刊上刊登的⽂章连载，并把µC/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。

µC/OS 和µC/OS-II 是专门为计算机的嵌⼊式应⽤设计的，绝⼤部分代码是⽤C语⾔编写的。

CPU 硬件相关部分是⽤汇编语⾔编写的、总量约200⾏的汇编语⾔部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何⼀种其它的CPU 上。

⽤户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件⼯具，就可以将µC/OS-II嵌⼈到开发的产品中。

µC/OS-II 具有执⾏效率⾼、占⽤空间⼩、实时性能优良和可扩展性强等特点，最⼩内核可编译⾄ 2KB 。

µC/OS-II 已经移植到了⼏乎所有知名的CPU 上。

前言：说点废话，网上有很多关于uCOS-ii移植的文章，好多都是千篇一律，理论性很强，分析了一大堆虚头巴脑的东西，真想问他们，你确定你分析的这些东西是需要你做的工作吗？实操性严重欠缺。

这方面我也走了很多弯路，下面就将自己的移植过程一步步的记录下来，也给大家做做参考。

首先，简单总结一下移植的大概过程:（1）去uC/OS-ii官网下载你要移植芯片CPU的相关案例，不一定完全对应，那就找相应系列吧。

（2）编程环境一般有两种，分别是IAR和MDK，这个根据你自己的编程环境进行下载。

（3）本案例需要将uC/OS-II 移植到STM32F103ZET6上，而我使用的编程环境是MDK,很遗憾，官网上提供的案例是基于IAR的，所以要基于IAR的案例进行更改。

（4）使用MDK创建一个无操作系统的最简单程序，确保这个程序能够使用，这样做的目的是为了一步步的排查错误，假如无操作系统时，都有错误，移植过程中也肯定会有编译错误，那么在排查错误的时候也就增加了难度，不会写物操作系统的简单程序怎么办。

那就不要往下看了。

（5）移植的最大的改动主要有两部分，一个是一些头文件的增减，另外一个就是向量表中PendSV_Handler和SysTick_Handler的修改。

这里我要吐槽一下，网上说了一大堆关于什么OS_CPU.H的更改还有各种函数的的分析，这都是扯淡。

这些根本就不用移植者去修改，官网提供的案例都已经提供了，除非你选择移植的CPU是比较偏的，那么这些东西需要移植者自己去编写。

好了，下面就开始详细的记录怎么去移植。

一、创建一个无操作系统的简单裸板系统1．创建源文件工程文件夹，如下图所示：其中文件夹“CMSIS”为内核的接口，包含的文件如下图文件夹STM32_StdPeriph为固件驱动文件夹，这个把STM32的固件全都添加进去即可。

文件夹User为其他文件，如下图所示：文件夹Output和List主要是放那些编译产生的乱七八糟的文件，为了使工程代码更加简洁。

第一章： 第一章：范例在这一章里将提供三个范例来说明如何使用 µC/OS-II。

笔者之所以在本书一开始就写 这一章是为了让读者尽快开始使用 µC/OS-II。

在开始讲述这些例子之前，笔者想先说明一 些在这本书里的约定。

这些例子曾经用 Borland C/C++ 编译器（V3.1）编译过，用选择项产生 Intel/AMD80186 处理器（大模式下编译）的代码。

这些代码实际上是在 Intel Pentium II PC （300MHz）上 运行和测试过，Intel Pentium II PC 可以看成是特别快的 80186。

笔者选择 PC 做为目标系 统是由于以下几个原因：首先也是最为重要的，以 PC 做为目标系统比起以其他嵌入式环境， 如评估板，仿真器等，更容易进行代码的测试，不用不断地烧写 EPROM，不断地向 EPROM 仿 真器中下载程序等等。

用户只需要简单地编译、链接和执行。

其次，使用 Borland C/C++产 生的 80186 的目标代码（实模式，在大模式下编译）与所有 Intel、AMD、Cyrix 公司的 80x86 CPU 兼容。

1.00 安装 µC/OS-II C/OS本书附带一张软盘包括了所有我们讨论的源代码。

是假定读者在 80x86，Pentium，或者 Pentium-II 处理器上运行 DOS 或 Windows95。

至少需要 5Mb 硬盘空间来安装 uC/OS-II。

请按照以下步骤安装： 1.进入到 DOS（或在 Windows 95 下打开 DOS 窗口）并且指定 C：为默认驱动器。

2.将磁盘插入到 A：驱动器。

3.键入 A：INSTALL 【drive】 注意『drive』是读者想要将 µC/OS－II 安装的目标磁盘的盘符。

INSTALL.BAT 是一个 DOS 的批处理文件，位于磁盘的根目录下。

它会自动在读者指定的 目标驱动器中建立\SOFTWARE 目录并且将 uCOS-II.EXE 文件从 A： 驱动器复制到\SOFTWARE 并 且运行。

µC_OS-II实验指导书电子科技大学嵌入式软件工程中心北京科银京成技术有限公司目录第一部分实验系统简介及入门 (5)1 实验系统的目的 (5)2 实验系统的构成 (5)3 操作系统简介 (5)3.1 µC/OS-II概述 (5)3.2 µC/OS-II的特点 (6)3.3 µC/OS-II主要源代码文件介绍 (7)4 LambdaTOOL集成开发环境简介 (7)5 µC/OS-II实验内容简介 (8)5.1 任务管理实验 (8)5.2 优先级反转实验 (8)5.3 优先级继承实验 (9)5.4 哲学家就餐实验 (9)5.5 内存管理实验 (9)5.6 时钟中断实验 (9)5.7 消息队列实验 (9)6 预备实验：嵌入式开发环境的建立 (9)6.1 目的 (9)6.2 实验步骤及说明 (10)第二部分µC/OS-II实验 (24)实验1 任务的基本管理 (24)1 实验目的 (24)2 实验原理及程序结构 (24)2.1 实验设计 (24)2.2 操作系统配置 (25)2.3 源程序说明 (27)3 运行及观察应用输出信息 (29)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (31)4.1 OSTaskCreate（） (31)4.2 OSTaskSuspend（） (31)4.3 OSTaskResume（） (32)实验2 优先级反转 (33)1 实验目的 (33)2 原理及程序结构 (33)2.1 实验设计 (33)2.2 操作系统配置 (35)2.3 源程序说明 (36)3 运行及观察应用输出信息 (39)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (39)4.1 OSSemCreate（） (39)4.2 OSSemPend（） (40)4.3 OSemPost（） (40)4.4 OSTimeDly（） (41)实验3 优先级继承 (42)1 实验目的 (42)2 原理及程序结构 (42)2.1 实验设计 (42)2.2 操作系统配置 (45)3 运行及观察应用输出信息 (46)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (47)4.1 OSMutexCreate() (47)4.2 OSMutexPend() (47)4.3 OSMutexPost() (48)5 应用调试过程 (49)实验4 信号量：哲学家就餐问题的实现 (51)1 实验目的 (51)2 原理及程序结构 (51)2.1 实验设计 (51)2.2 操作系统配置 (52)3运行及观察应用输出信息 (53)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (55)实验5 µC/OS-II的内存管理 (56)1 实验目的 (56)2 原理及程序结构 (56)2.1实验设计 (56)2.2 操作系统配置 (62)3 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (63)3.1 OSMemCreate（） (63)3.2 OSMemGet（） (64)3.3 OSMemPut（） (64)3.4 OSMemQuery（） (65)实验6 时钟中断 (66)1 实验目的 (66)2 原理及程序结构 (66)2.1 实验设计 (66)2.2 操作系统配置 (68)3 运行及观察应用输出信息 (70)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (71)实验7 消息队列 (72)1 实验目的 (72)2 原理及程序结构 (72)2.1 实验设计 (72)2.2 源程序说明 (72)2.3 操作系统配置 (77)3 运行及观察应用输出信息 (78)4 本实验中所用到的µC/OS-II相关函数 (82)4.1 OSQCreate（） (82)4.2 OSQPend（） (82)4.3 OSQPostFront() (83)4.4 OSQPost() (83)4.5 OSQFlush () (84)4.6 OSQQuery() (84)4.7 OSQDel() (85)4.8 OSTimeDlyHMSM() (85)第一部分实验系统简介及入门1 实验系统的目的通过此实验系统，读者可以了解嵌入式实时操作系统µC_OS-II的内核机制和运行原理。

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：80186802868038680486PentiumPentium 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。

UCOSII V2.86在LPC2378上的移植(编译器ADS1.2)忙了几天，终于移植成功了。

移植UCOS需要准备一些东西，首先当然是OS源代码，再就是选定编译器，需要弄清一下几点：1、UCOS需要移植的内容2、编译器的特性（在这里主要是ATPCS）3、处理器的特性（这里主要注意ARM7的模式）以下先简要说一下这几点，为后面的程序说明做准备首先说说第一点，UCOS需要移植的内容。

1、数据类型的定义，这个根据平台来处理。

具体代码如下：2、任务切换函数，就是两个任务环境之间的切换。

3、处理临界代码前要关闭中断，之后再打开，这个实现的方法与平台关系很大。

4、栈的初始化，栈中保存的是任务的运行环境，不同的处理器中的寄存器自然是不一样的。

5、还有一个和任务切换差不多的，这个函数只运行一次，就是将第一个运行的任务的运行环境复制到CPU中。

再说说编译器的特性，ATPCS规定(想要详细一些的可以看看ADS 的帮助文档)：R0-R3用来传递参数，R4-R12用来处理局部变量。

这个在处理汇编和C的接口时十分重要。

最后是CPU的特性。

ARM7有7种模式，但是有些模式对于UCOS在ARM7上的运行用处不大，经过综合考虑，可以只使用四种模式：SVC：运行OS代码和用户代码SYS：用于IRQ的嵌套处理，（暂时还未实现）IRQ：处理中断，处于OS的控制范围内FIQ:独立于操作系统，处理快速中断有了上面的说明，下面可以具体讨论了，因为网页中显示代码及注释不方便，所以把它们放在了附件中。

标题中前面是内容，括号内是涉及到的需要移植的函数1、任务栈(OSTaskStkInit)任务栈相当于CPU的一个备份，可以这样认为，当运行一个任务时，将栈中的数据复制到CPU中，由于某种原因停止运行一个任务时将CPU复制到任务栈中。

ARM7的CPU需要保存的寄存器如下：PC任务断点LRR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0CPSR还有一个栈指针SP，这个保存在任务控制块中。

实验一uC/OS-II的移植1.实验目的（1）理解uCOS-II实时内核的工作原理；（2）熟悉uCOS-II在XS128上的移植过程；（3）掌握uCOS-II移植的细节。

2.实验任务（1）观察示例程序中的代码，体会实时操作系统与前后台程序的不同之处。

（2）完成由前后台程序编程到基于实时操作系统编程的思想转变。

3.预习要求（1）参考《嵌入式实时操作系统uCOS-II》（第2版），熟悉uCOS-II各模块的基本工作原理。

（2）参考《单片机与嵌入式系统开发方法》第9章内容以及《uCOS-II移植说明文档》。

熟悉uCOS-II在XS128上的移植过程。

4.实验步骤（1）打开示例程序，观察程序结构。

（2）识别出哪些是与硬件无关的文件，哪些是移植需要修改和添加的文件。

（3）打开OS_CPU.H文件，该文件定义CPU的数据类型，定义相关的宏。

打开OS_CPU_C文件，分析文件里各个函数的作用。

这两个文件是与CPU特性有关的文件。

（4）分别打开OS_CFG.H, INCLUDES.H. OS_CFG.H这三个文件，了解这三个文件的作用。

用户根据自己的应用系统来定制合适的内核服务功能.包括两个文件:OS_CFG.H, INCLUDES.H. OS_CFG.H是来配置内核, 用户根据需要对内核进行定制, 留下需要的部分, 去掉不需要的部分, 设置系统的基本情况. 比如系统可提供的最大任务数量, 是否定制邮箱服务, 是否需要系统提供任务挂起功能, 是否提供任务优先级动态改变功能等等；头文件INCLUDES.H为整个实时系统程序所需要的文件,包括了内核和用户的头文件。

（5）修改.prm文件中的中断向量，将其中的ROM_C000 = READ_ONLY DATA_NEAR IBCC_NEAR 0xC000 TO 0xFEFF;改为ROM_C000 = READ_ONLYDATA_NEAR IBCC_NEAR 0xC000 TO 0xEEFF;将结尾处原有的VECTOR 0 _Startup;改为VECTOR ADDRESS 0xEFFE _Startup；再添加上VECTOR ADDRESS 0xEFF6 OSCtxSw；VECTOR ADDRESS 0xEFF0 OSTickISR两个中断向量。

一步步移植uCOS-IIandLwIP（一）STM32F103ZE下移植uCOS-II and LwIP 汇总本文主要记录嵌入式实时操作系统uCOS-II（Ver 2.85）和轻量型TCP/IP协议栈LwIP（Ver 1.4.1）在32bit单片机STM32F103ZE上的移植过程，并列举几个simple examples说明两者工作原理。

本文的叙述原则是“用到什么知识点，就查阅相关资料”，对于其它延伸知识点不再概述。

所需物资：- 硬件开发平台，本平台网卡为DM9000A- uCOS-II（Ver 2.85）源码，可直接从Micrium官网下载uCOS 在cortex-M3上的移植例程uCOSII-ST-STM32F103ZE-SK - LwIP（Ver 1.4.1）源码，下载链接LwIP1.4.1一、Lwip移植TCP/IP协议分为网络链路层、网络层、传输层和应用层四个部分，网络链路层主要涉及底层硬件驱动的编写，另外三个上次协议一般采用协议栈的方式软件实现。

要实现与其它网络设备通信，首当其冲的是要移植好底层网卡驱动。

LwIP协议栈已经为我们提供了网络链路底层接口，我们要做到主要工作涉及到以下几个方面：- 单片机与网卡DM9000芯片的通信；- 完善LwIP协议栈文件ethernetif.c接口函数，该部分的难点在于实现LwIP规定的struct pbuf类型的数据包与网卡数据之间相互转换；- 上层软件协议的simple explain；1、网卡DM9000底层驱动的编写首先查阅DM9000的Datasheet（建议直接从芯片官网上查找，一般会有该芯片的Application note or Demo）本文主要是运用DM9000的16-bit mode，其总线形式类似与intel 8080总线，涉及读写指令和数据的控制引脚为CS#、IOW#、IOR#、CMD，数据总线引脚SD0~SD15，中断引脚INT。

第６期２０２０年１２月机电元件ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳＶｏｌ ４０Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０２０收稿日期：２０２０－１０－２０基于ＳＴＭ３２单片机的ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统移植张中前（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，５５０００９） 摘要：网络技术和信息技术的发展，嵌入式系统应用越来越普及，嵌入式设备的应用也越来越多。

ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ广泛应用于路由器、飞行器及工业控制等。

ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统执行效率高，占用存储空间少，具有实时性及可扩展性等优点，在小型嵌入式设备中具有广泛应用。

本文介绍了基于ＡＲＭＣＯＲＴＥＸＭ３系列单片机上的ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ移植，对电子控制组件的设计具有参考作用。

关键词：实时操作系统；ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ；内存管理；任务管理；ＳＴＭ３２；移植Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６１３３．２０２０．０６．０１５中图分类号：ＴＮ７８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－６１３３（２０２０）０６－００５７－０５１　引言操作系统是裸机的第一层软件，操作系统直接运行在硬件上，上层软件通过提供应用程序接口（ＡＰＩ函数），实现对底层硬件的访问，同时，通过操作系统实现对多个上层应用软件（任务）管理，实现对硬件ＣＰＵ管理、存储管理、Ｉ／Ｏ接口管理及文件管理，如图１所示。

图１　操作系统功能组成示意图 ＳＴＭ３２系列单片机以其优良的价格，大容量的ＦＬＡＳＨ及ＲＡＭ存储空间，极易用于较为复杂的控制系统；在ＳＴＭ３２单片机上进行ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ实时操作系统的移植，提高了产品的设计灵活性，实现较为复杂的系统功能；通过将开源的ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ移植在ＳＴＭ３２单片机上，以其较为低廉的硬件成本获得较高的使用性能，具有良好的应用前景。

２　ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统２．１　ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统的基本特征ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的基于优先级调度的抢占式实时多任务操作系统；它能够在外界事件或数据产生时，能够接收图２　ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ文件结构示意图并以足够快的速度响应，其处理的结果又能够在规定的时间内输出，并控制所有实时任务协调、一致运行。