ucos-ii经典讲解

1提纲13245uCOS－II操作系统的特点uCOS－II操作系统时间管理uCOS－II操作系统任务管理uCOS－II操作系统内核结构67第十章嵌入式操作系统UCOS－II的使用uCOS－II操作系统移植uCOS－II操作系统内存管理uCOS－II操作系统任务间的通讯2µC/OS-II的特点UC/OS是一个非常小巧的实时操作系统；整个代码分为内核层以及移植层，这样使得它的植性很方便。采用抢占式调度策略，保证任务的实时性。能够管理多达64个任务。提供了邮箱、消息队列、信号量、内存管理、时间管理等系统服务。µC/OS-II的特点3µC/OS-II的各种商业应用全世界有数百种产品在应用:医疗器械移动电话路由器工业控制GPS导航系统智能仪器更多µC/OS-II的特点4为了实现资源共享，一个操作系统必须提供临界段擦作的功能。μC/OS-Ⅱ为了处理临界段代码需要关中断，处理完毕后再开中断。这使得μC/OS-Ⅱ能够避免同时有其它任务或中断服务进入临界段代码。μC/OS-Ⅱ定义两个宏(macros)来开关中断。分别是：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。这两个宏的定义取决于所用的微处理器，每种微处理器都有自己的OS_CPU.H文件。临界段(CriticalSections)C/OS-II的内核结构5任务（task）一个任务通常是一个无限的循环:voidmytask(void*pdata){doinitwhile(1){dosomething;waiting;dosomething;}}C/OS-II的内核结构6任务（task）μC/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务。保留了优先级为0、1、2、3、OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRI0-2，OS_LOWEST_PRI0-1以及OS_LOWEST_PRI0这8个任务以被将来使用。用户可以有多达56个应用任务。必须给每个任务赋以不同的优先级。优先级号越低，任务的优先级越高。C/OS-II的内核结构7μC/OS中的中断处理μC/OS中，中断服务子程序要用汇编语言来写。然而，如果用户使用的C语言编译器支持在线汇编语言的话，用户可以直接将中断服务子程序代码放在C语言的程序文件中。用户中断服务子程序框架:1.保存全部CPU寄存器;2.调用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1；3.执行用户代码做中断服务;4.调用OSIntExit()；5.恢复所有CPU寄存器；6.执行中断返回指令；C/OS-II的内核结构8OSIntEnter()voidOSIntEnter(void){OS_ENTER_CRITICAL();OSIntNesting++;OS_EXIT_CRITICAL();}C/OS-II的内核结构9OSIntExitOS_ENTER_CRITICAL();if((--OSIntNesting|OSLockNesting)==0){OSIntExitY=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];OSPrioHighRdy=(INT8U)((OSIntExitY3)+OSUnMapTbl[OSRdyTbl[OSIntExitY]]);if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur){OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];OSCtxSwCtr++;OSIntCtxSw();}}OS_EXIT_CRITICAL();C/OS-II的内核结构10中断与时钟节拍当发生中断时，首先应保护现场，将CPU寄存器入栈，再处理中断函数，然后恢复现场，将CPU寄存器出栈，最后执行中断返回。uC/OS中提供了OSIntEnter()和OSIntExit()告诉内核进入了中断状态。时钟节拍是一种特殊的中断，操作系统的心脏。对任务列表进行扫描，判断是否有延时任务应该处于准备就绪状态，最后进行上下文切换。C/OS-II的内核结构11时钟节拍μC/OS需要用户提供周期性信号源，用于实现时间延时和确认超时。节拍率应在说10到100Hz。时钟节拍率越高，系统的额外负荷就越重。时钟节拍的实际频率取决于用户应用程序的精度。时钟节拍源可以是专门的硬件定时器，也可以是来自50/60Hz交流电源的信号。用户必须在多任务系统启动以后再开启时钟节拍器，也就是在调用OSStart()之后。C/OS-II的内核结构12OSTickISRvoidOSTickISR(void){保存处理器寄存器的值；调用OSIntEnter()或是将OSIntNesting加1;调用OSTimeTick();调用OSIntExit();恢复处理器寄存器的值;执行中断返回指令;}C/OS-II的内核结构13μC/OS-Ⅱ初始化在调用μC/OS-Ⅱ的任何其它服务之前，μC/OS-Ⅱ要求用户首先调用系统初始化函数OSInit()。OSInit()建立空闲任务idletask，这个任务总是处于就绪态的。空闲任务OSTaskIdle（）的优先级总是设成最低，即OS_LOWEST_PRIO。μC/OS-Ⅱ还初始化了4个空数据结构缓冲区。C/OS-II的内核结构14μC/OS-Ⅱ初始化后的一些数据结构内容C/OS-II的内核结构15μC/OS-Ⅱ初始化后的缓冲区C/OS-II的内核结构16μC/OS-Ⅱ的启动多任务的启动是用户通过调用OSStart()实现的。然而，启动μC/OS-Ⅱ之前，用户至少要建立一个应用任务。OSInit();/*初始化uC/OS-II*/……调用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()；……OSStart();/*开始多任务调度!永不返回*/C/OS-II的内核结构17OSStartif(OSRunning==FALSE){y=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];x=OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];OSPrioHighRdy=(INT8U)((y3)+x);OSPrioCur=OSPrioHighRdy;OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];OSTCBCur=OSTCBHighRdy;OSStartHighRdy();}C/OS-II的内核结构18任务状态就绪休眠等待或挂起运行中断服务删除任务删除任务删除任务中断中断结束创建任务任务调度任务被占先等待消息挂起收到消息挂起时间到C/OS-II的任务管理19任务控制块（TCB）任务控制块OS_TCB是一个数据结构，保存该任务的相关参数，包括任务堆栈指针，状态，优先级，任务表位置，任务链表指针等。一旦任务建立了，任务控制块OS_TCBs将被赋值。所有的任务控制块分为两条链表，空闲链表和使用链表。C/OS-II的任务管理20任务控制块结构的主要成员OS_STK*OSTCBStkPtr;/*当前任务栈顶的指针*/structos_tcb*OSTCBNext;/*任务控制块的双重链接指针*/structos_tcb*OSTCBPrev;/*任务控制块的双重链接指针*/OS_EVENT*OSTCBEventPtr;/*事件控制块的指针*/void*OSTCBMsg;/*消息的指针*/INT16UOSTCBDly;/*任务延时*/INT8UOSTCBStat;/*任务的状态字*/INT8UOSTCBPrio;/*任务优先级*/INT8UOSTCBX;/*用于加速进入就绪态的过程*/INT8UOSTCBY;/*用于加速进入就绪态的过程*/INT8UOSTCBBitX;/*用于加速进入就绪态的过程*/INT8UOSTCBBitY;/*用于加速进入就绪态的过程*/C/OS-II的任务管理21任务就绪表（ReadyList）每个任务的就绪态标志都放入就绪表中的，就绪表中有两个变量OSRdyGrp和OSRdyTbl[]。在OSRdyGrp中，任务按优先级分组，8个任务为一组。OSRdyGrp中的每一位表示8组任务中每一组中是否有进入就绪态的任务。任务进入就绪态时，就绪表OSRdyTbl[]中的相应元素的相应位也置位。C/OS-II的任务管理22任务就绪表C/OS-II的任务管理23任务创建想让µC/OS-Ⅱ管理用户的任务，用户必须要先建立任务。用户可以通过传递任务地址和其它参数到以下两个函数之一来建立任务：OSTaskCreate()OSTaskCreateExt()。任务不能由中断服务程序(ISR)来建立。C/OS-II的任务管理24任务调度（TaskScheduling）C/OS是抢占式实时多任务内核，优先级最高的任务一旦准备就绪，则拥有CPU的所有权开始投入运行。C/OS中不支持时间片轮转法，每个任务的优先级要求不一样且是唯一的，所以任务调度的工作就是：查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换。C/OS任务调度所花的时间为常数，与应用程序中建立的任务数无关。C/OS-II的任务管理25任务调度（TaskScheduling）μC/OS-Ⅱ总是运行进入就绪态任务中优先级最高的那一个。确定哪个任务优先级最高，下面该哪个任务运行了的工作是由调度器（Scheduler）完成的。任务级的调度是由函数OSSched()完成的。中断级的调度是由另一个函数OSIntExt()完成的，这个函数将在以后描述。C/OS-II的任务管理26根据就绪表确定最高优先级通过OSRdyGrp值确定高3位，假设OSRdyGrp＝0x08，对应OSRdyTbl[3]，高优先级为2;通过OSRdyTbl[3]的值来确定低3位，假设OSRdyTbl[3]＝0x3a，最高优先级的任务为25C/OS-II的任务管理27使任务进入就绪态如果prio是任务是优先级，也是任务的识别号，则将任务放入就绪表，即使任务进入就绪态的方法是：OSRdyGrp|=OSMapTbl[prio3];OSRdyTbl[prio3]|=OSMapTbl[prio&0x07];假设优先级为12——1100bOSRdyGrp|=0x02；OSRdyTbl[1]|=0x10;C/OS-II的任务管理28使任务脱离就绪态将任务就绪表OSRdyTbl[prio3]相应元素的相应位清零，而且当OSRdyTbl[prio3]中的所有位都为零时，即全组任务中没有一个进入就绪态时，OSRdyGrp的相应位才为零。if((OSRdyTbl[prio3]&=OSMapTbl[prio&0x07])==0);OSRdyGrp&=OSMapTbl[prio3];C/OS-II的任务管理29任务调度器voidOSSched(void){INT8Uy;OS_ENTER_CRITICAL();if((OSLockNesting|OSIntNesting)==0){y=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];OSPrioHighRdy=(INT8U)((y3)+OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur){OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];OSCtxSwCtr++;OS_TASK_SW();}}OS_EXIT_CRITICAL();}C/OS-II的任务管理30任务切换将被挂起的任务寄存器入栈将较高优先级任务的寄存器出栈C/OS-II的任务管理31任务级的任务切换OS_TASK_SW()通过系统调用指令完成保护当前任务的现场恢复新任务的现场执行中断返回指令开始执行新的任务C/OS-II的任务管理32调用OS_TASK_SW()前的数据结构低优先级任务OS_TCBOSTCBCur(1)存贮器低地址存贮器高地址堆栈方向SPR1R2R3R4PCPSW存贮器低地址存贮器高地址高优