uCOS嵌入式实时操作系统

1实时操作系统C/OS-Ⅱ分析2实时操作系统C/OS-II1324C/OS-II概述任务管理中断和时间管理任务之间的通信与同步5存储管理3C/OS简介1、C/OS——MicroControllerOS，微控制器操作系统2、C/OS简介美国人JeanLabrosse1992年完成应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等1998年C/OS-II，目前的版本C/OS-IIV2.61，2.722000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器中网站（)4公开源代码可移植性（Portable）绝大部分C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSIC写的。和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压到最低限度，使得C/OS-II便于移植到其他微处理器上。C/OS-II可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）上运行。可固化（ROMable）C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（C编译、连接、下载和固化），C/OS-II可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。可裁剪（Scalable）可以只使用C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。也就是说某产品可以只使用很少几个C/OS-II调用，而另一个产品则使用了几乎所有C/OS-II的功能，这样可以减少产品中的C/OS-II所需的存储器空间（RAM和ROM）。这种可剪裁性是靠条件编译实现的。C/OS的性能特点（一）5占先式（Preemptive）多任务C/OS-II可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给系统。应用程序最多可以有256个任务可确定性全部C/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。任务栈每个任务有自己单独的栈，C/OS-II允许每个任务有不同的栈空间，以便压低应用程序对RAM的需求。系统服务C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。中断管理中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255层。稳定性与可靠性C/OS的性能特点（二）6µC/OS-II图书描述了µC/OS-II内部的工作原理随书的CD中包含了源代码工业界最清晰的源代码除英文版外，有中文和韩文版ChineseKoreanEnglishISBN1-57820-103-9美国CMPBOOKISBN7-81077-290-2北京航空航天大学出版社ISBN89-951540-5-57µC/OS-II的各种商业应用全世界有数百种产品在应用:AvionicsMedicalCellphonesRoutersandswitchesHigh-endaudioequipmentWashingmachinesanddryersUPS(UninterruptiblePowerSupplies)IndustrialcontrollersGPSNavigationSystemsMicrowaveRadiosInstrumentationPoint-of-saleterminals更多8µC/OS-II提供的系统服务信号量带互斥机制的信号量减少优先级倒置的问题事件标志消息信箱消息队列内存管理时钟管理任务管理9µC/GUIandµC/FSµC/GUI嵌入式的用户界面用ANSIC书写支持任何8,16,32-bitsCPU彩色，灰、度，等级或黑白显示代码尺寸小µC/FS嵌入式的文件系统WritteninANSIC用ANSIC书写支持任何8,16,32-bitsCPU支持SMC,MMC,SD,CF,IDE,Flash,RAM其他介质10可移植的数据类型typedefunsignedcharBOOLEAN;typedefunsignedcharINT8U;typedefsignedcharINT8S;typedefunsignedintINT16U;typedefsignedintINT16S;typedefunsignedlongINT32U;typedefsignedlongINT32S;typedeffloatFP32;typedefdoubleFP64;11C/OS-II的文件结构121324C/OS-II概述任务管理中断和时间管理任务之间的通信与同步5存储管理13任务的实现创建任务的系统服务OSTaskCreate()INT8UOSTaskCreate(void(*task)(void*pd),//任务代码指针void*pdata,//任务参数指针OS_STK*ptos,//任务栈的栈顶指针INT8Uprio//任务的优先级);OSTaskCreateExt()提问：C/OS-II中的任务是进程还是线程？14任务主函数一个任务通常是一个无限循环（返回值类型void）voidMyTask(void*pdata){while(1){dosomething;waiting;dosomething;}}Why?15任务也可以自我删除（并非真的删除，只是内核不再知道该任务）voidMyTask(void*pdata){....../*用户代码*/OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);}16μC/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务；每个任务被赋以不同的优先级，取值从0到OS_LOWEST_PRIO-2，数值越小，优先级越高；系统保留了优先级为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56个应用任务；任务的优先级同样也是它的标识号ID。OS_CFG.H中定义＝6317空闲任务和统计任务内核总是创建一个空闲任务OSTaskIdle()；总是设置为最低优先级，OS_LOWEST_PRIOR；当所有其他任务都未在执行时，空闲任务开始执行；应用程序不能删除该任务；空闲任务的工作就是把32位计数器OSIdleCtr加1，该计数器被统计任务所使用；统计任务OSTaskStat()，提供运行时间统计。每秒钟运行一次，计算当前的CPU利用率。其优先级是OS_LOWEST_PRIOR-1，可选。18任务控制块TCB任务控制块OS_TCB是描述一个任务的核心数据结构，存放了它的各种管理信息，包括任务堆栈指针，任务的状态、优先级，任务链表指针等；一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将被赋值。19任务控制块TCBtypedefstructos_tcb{栈指针；INT16UOSTCBId;/*任务的ID*/链表指针；OS_EVENT*OSTCBEventPtr;/*事件指针*/void*OSTCBMsg;/*消息指针*/INT8UOSTCBStat;/*任务的状态*/INT8UOSTCBPrio;/*任务的优先级*/其他……}OS_TCB;20栈指针OSTCBStkPtr：指向当前任务栈顶的指针，每个任务可以有自己的栈，栈的容量可以是任意的；OSTCBStkBottom：指向任务栈底的指针；OSTCBStkSize：栈的容量，用可容纳的指针数目而不是字节数（Byte）来表示。2122链表指针所有的任务控制块分属于两条不同的链表，单向的空闲链表（头指针为OSTCBFreeList）和双向的使用链表（头指针为OSTCBList）；OSTCBNext、OSTCBPrev：用于将任务控制块插入到空闲链表或使用链表中。每个任务的任务控制块在任务创建的时候被链接到使用链表中，在任务删除的时候从链表中被删除。双向连接的链表使得任一成员都能快速插入或删除。23空闲TCB链表所有的任务控制块都被放置在任务控制块列表数组OSTCBTbl[]中，系统初始化时，所有TCB被链接成空闲的单向链表，头指针为OSTCBFreeList。当创建一个任务后，就把OSTCBFreeList所指向的TCB赋给了该任务，并将它加入到使用链表中，然后把OSTCBFreeList指向空闲链表中的下一个结点。24系统初始化后…指针数组，指向相应TCB25任务的状态－休眠休眠状态（Dormant）：任务存在于内存空间中，但内核不可见；可以通过以下函数通知内核，使之变为就绪状态：–OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()可以通过以下函数返回到休眠状态：–OSTaskDel()26任务的状态－就绪就绪状态（Ready）：万事具备，只欠CPU；在所有的就绪任务当中，具有最高优先级的任务被选中去运行；如果任务在运行的时候被抢占了CPU，则又回到就绪状态。27任务的状态－运行运行状态（Running）：任务在CPU上运行；当一个任务在运行时，如果没有关闭中断，则有可能被中断所打断；当一个任务在运行时，可能因为各种原因进入阻塞状态。–OSMBoxPend(),OSQPend(),OSSemPend()OSTaskSuspend(),OSTimeDly()28任务的状态－ISR中断服务状态（ISR）：该任务原来在CPU上运行，后来被中断所打断，由中断服务程序ISR接管了CPU；当中断服务程序运行完毕后，内核要判断是否有新的、更高优先级的任务就绪，如果有，则原有的任务被抢占；如果没有，则原有的任务重新运行。29任务的状态－阻塞阻塞/等待状态（Waiting）：任务由于正在等待某个事件（信号量、邮箱或队列）而被挂起；当任务等待的事件发生时，回到就绪状态。–OSMBoxpost(),OSQPost(),OSSemPost(),OSTaskResume(),OSTimeDlyResume()或OSTimeTick()30状态的转换删除任务31任务就绪表每个任务的就绪态标志放入在就绪表中，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。32任务就绪表OSRdyGrp1207654300XXXYYY任务优先级2017654310891514131211181617232221201926242531302928273432333938373635424041474645444350484955545352515856576362616059[0][1][2][3][4][5][6][7]OSRdyTbl[8]XY优先级最低任务（空闲任务）优先级最高任务任务优先级号对于整数OSRdyTbl[i]（0i7），若它的某一位为1，则OSRdyGrp的第i位为1。任务的优先级由X和Y确定33根据优先级确定就绪表(1)假设优先级为12的任务进入就绪状态，12=1100b,则OSRdyTbl[1]的第4位置1，且OSRdyGrp的第1位置1，相应的数学表达式为:OSRdyGrp|=0x02；OSRdyTbl[1]|=0x10;而优先级为21的任务就绪21=10101b，则OSRdyTbl[2]的第5位置1，且OSRdyGrp的第2位置1,相应的数学表达式为：OSRdyGrp|=0x04；OSRdyTbl[2]|=0x20;34根据优先级确定就绪表(2)从上面的计算可知:若OSRdyGrp及OSRdyBbl[]的第n位置1，则应该把OSRdyGrp及OSRdyBbl[]的值与2n相或。uC/OS中，把2n的n=0-7的8个值先计算好存在数组OSMapTbl[7]中