嵌入式实时操作系统μCOS原理与实践2

《嵌入式实时操作系统设计与实践》作者卢有亮图书PPT和全部代码下载卢有亮嵌入式实时操作系统μC/OS原理与实践教材：嵌入式实时操作系统μC/OS原理与实践电子工业出版社作者:卢有亮[e-mail]电子科技大学能源科学与工程学院作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》第二章任务管理2.1任务管理数据结构2.2任务控制块初始化2.3操作系统初始化2.4任务的创建2.5任务的删除2.6任务挂起和恢复2.7任务的调度和多任务的启动2.8特殊任务作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1任务管理数据结构任务管理的数据结构包括任务控制块，任务空闲链表和任务就绪链表，任务优先级指针表，任务堆栈等，是μC/OS-II内核的核心部分之一。2.1.1任务控制块任务控制块是任务管理的核心数据结构，操作系统在启动的时候，首先要在内存中创建一定是数量的任务控制块。任务控制块的最大数量等于操作系统能同时管理的最多任务数。μC/OS将任务控制块划分为两个链表，就绪链表和空闲链表。表2.1，任务控制块的源代码，定义结构OS_TCBOS_TCB作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1任务管理数据结构2.1.1任务控制块任务控制块实体的声明如下：OS_TCBOSTCBTbl[OS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS]该代码在usos_ii.H中，OS_MAX_TASKS为最多的用户任务数，OS_N_SYS_TASKS为系统任务数，一般情况下为2。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.2空闲链表和就绪链表μC/OS-II将任务控制块分成两个链表来管理，这就是空闲任务链表和就绪任务链表。其中，空闲任务链表包含了所有空闲的任务控制块。所谓空闲任务控制块，是指未分配给某个任务的任务控制块。创建一个新任务，前提条件就是系统里还有这样的空闲任务块。就绪链表则是将所有的就绪任务拴在一起，如果有新的任务就绪，就要将其任务控制块从空闲链表中取出，加入到就绪链表中。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.3任务表μC/OS-II将任务控制块分成两个链表来管理，这就是空闲任务链表和就绪任务链表。其中，空闲任务链表包含了所有空闲的任务控制块。所谓空闲任务控制块，是指未分配给某个任务的任务控制块。创建一个新任务，前提条件就是系统里还有这样的空闲任务块。就绪链表则是将所有的就绪任务拴在一起，如果有新的任务就绪，就要将其任务控制块从空闲链表中取出，加入到就绪链表中。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.3任务优先级指针表任务优先级指针表也就是任务优先级指针数组，在μC/OS-II任务管理中频繁使用，代码中随处可见。它是用来获取某优先级的任务的任务控制块地址。它的定义为：OS_TCB*OSTCBPrioTbl[OS_LOWEST_PRIO+1]OS_LOWEST_PRIO为最低优先级的任务的优先级，因为低优先级的任务数值最大，而任务优先级是从0开始的，所以其实OS_LOWEST_PRIO+1就是任务的数量。数组OSTCBPrioTbl就具有最多任务数个元素，它的类型是指向任务控制块的指针作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.4任务堆栈所谓堆栈，就是在存储器中按数据“后进先出LIFO(LastInFirstOut)”的原则组织的连续存储空间。因此，堆栈这种数据结构最大的特点就是最后进去的最先出来。任务堆栈的定义：#defineTASK_STK_SIZE512typedefunsignedintOS_STK;OS_STKTaskStk[OS_MAX_TASKS][TASK_STK_SIZE];TASK_STK_SIZE是每个任务堆栈的大小，这里设置为512，根据具体的情况做移植时，可修改这个值。OS_MAX_TASKS是用户任务的数量。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.4任务堆栈任务堆栈演示如果堆栈是向下增长，也就是从高地址向低地址增长，那么在任务刚开始创建后，堆栈是空的。如图中例子，栈顶在为TaskStk[0][511]，栈底为在TaskStk[0][0]。相反，如果堆栈是向下增长的，栈顶在为TaskStk[0][0]，栈底为在TaskStk[0][511]。那么，如果我们向堆栈中压入数据，例如推入0x0012ff78后，堆栈变化为图2.6。如图2.6,压栈后，若堆栈向下增长，在原来栈顶位置插入数据0x0012ff78，然后栈顶位置向低地址方向移4个字节，指向TaskStk[0][510]。若堆栈向上增长，在原来栈顶位置压如0x0012ff78，栈顶变为TaskStk[0][1]。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.5任务就绪表和就绪组内核在进行任务调度的时候，必须知道哪个任务在运行，哪个任务是就绪的最高优先级的任务。实时任务调度的关键在于速度，要求无论系统的运行情况如何，调度的时间是确定的，不能把时间都用在调度上。因此就需要设计高效的多任务调度方法。查找高优先级的任务，与正在运行任务的优先级进行比较以确定是否进行任务切换是内核在每个时钟中断都需要做的事情。为满足这样的需要，μC/OS-II的开发者采用了就绪表和就绪组这样的数据结构，围绕他们又定义了两张查找表。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.5任务就绪表和就绪组-设置任务就绪作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.1.5任务就绪表和就绪组-获取就绪任务中的最高优先级空间换时间！作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.2任务控制块初始化任务控制块的初始化是在创建任务的时候必须要执行的操作，对任务控制块和一些相关的数据结果进行了处理。参数:prio被创建的任务的优先级ptos任务堆栈栈顶的地址pbos任务堆栈栈底的地址，如果是用OSTaskCreate()来创建的任务，那么是没有扩展功能的，不能进行堆栈检查，就不主要适用这个参数，这个参数可以传递为NULLid任务的ID，16位，取值范围是0到65535stk_size堆栈的大小pext任务控制块的扩展块的地址opt其他的选项返回值:OS_ERR_NONE成功调用OS_ERR_TASK_NO_MORE_TCB如果没有空闲的任务控制块作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.3操作系统初始化操作系统初始化函数OS_INIT是操作系统在开始运行的最初，对全局变量、任务控制块、就绪表、事件及消息队列等重要数据结构进行的初始化操作，并创建空闲任务、统计任务等系统任务。该函数必须在创建用户对象及调用OSStart()启动实时任务调度之前运行。操作系统初始化函数见表2.15OS_InitMisc实现对操作系统一些混杂的全局变量的初始化OS_InitRdyList对就绪表进行初始化的工作OS_InitTCBList控制块链表初始化OS_InitTaskIdle创建操作系统空闲任务作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》创建一个任务，任务从无到有。任务创建函数分两种，一种是基本的创建函数OSTaskCreate,另一种是扩展的任务创建函数OSTaskCreateExt。着重讲解OSTaskCreate。表2.20创建任务OS_TaskCreat。表2.21堆栈初始化函数OSTaskStkInit的一个版本2.4任务的创建作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.4任务的删除删除任务是创建任务的逆过程，任务创建设置就绪表，就绪组，任务删除则取消设置；任务创建将任务控制块从空闲链表移到就绪链表；删除操作则相反。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.4任务的删除作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.4任务的删除-请求删除当以其他任务的优先级作为参数的时候，OsTaskDel粗暴地删除了任务，这在某些情况下是有效的，但是却不是必须这么做。通知对方任务，告诉它要删除你了，请任务自己删除自己是一种更好的做法。因为这么做，任务可以在删除自己之前先放弃自己使用的资源，如缓冲区、信号量、邮箱、队列等。如果总是用OsTaskDel删除一个任务，这个任务占用的资源不能得到释放，系统就会产生内存泄漏，在内存泄漏累积到比较大的时候最后，系统就会因为没有可用的内存崩溃。OsTaskDelReq名称虽然是请求，却是集请求和响应于一段代码的。该代码的功能是：1.请求删除某任务2.查看是否有任务要删除自己作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.4任务的挂起和恢复OSTaskSuspend将任务阻塞，也就是被剥夺CPU的使用权而暂时终止运行，转到阻塞状态。通过OSTaskSuspend将任务转到阻塞态被称为挂起任务。被挂起的任务不能运行，直到其他任务以该任务的优先级作为参数调用OSTaskResume来恢复它，才能将该任务的状态重新设置为就绪状态。作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.4任务的挂起和恢复流程作者卢有亮图书PPT和全部代码下载《嵌入式实时操作系统设计与实践》2.7任务的调度和多任务的启动μC/OS-II操作系统是实时操作系统，而且是基于优先级调度的实时操作系统，因此在启动多任务以后，每个时钟中断，都要执行任务的调度。至于如何实现时钟中断，对不同的硬件环境是不同的。如果时间片是20毫秒，那么在每20毫秒，执行一次任务调度。这个任务调度的函数就是OSTimeTick。OSTimeTick是与硬件无关.表2.30给出OSTimeTic