实验二-UCOS-II任务管理

1/8班级学号姓名同组人实验日期室温大气压成绩实验二UCOS-II任务管理一、实验目的1、掌握UCOS-II中任务管理的函数的应用。2、掌握UCOS-II在STM32平台下对硬件的控制。3、掌握开发UCOS-II应用的程序结构。二、实验步骤1、UCOSII工作原理UCOSII提供系统时钟节拍，实现任务切换和任务延时等功能。这个时钟节拍由OS_TICKS_PER_SEC（在os_cfg.h中定义）设置，一般我们设置UCOSII的系统时钟节拍为1ms~100ms。本次实验利用STM32的SYSTICK定时器来提供UCOSII时钟节拍。UCOSII的任何任务都是通过一个叫任务控制块（TCB）的东西来控制的，每个任务管理块有3个最重要的参数：（1）任务函数指针；(2)任务堆栈指针；(3)任务优先级。在UCOSII中，使用CPU的时候，优先级高（数值小）的任务比优先级低的任务具有优先使用权，即任务就绪表中总是优先级最高的任务获得CPU使用权，只有高优先级的任务让出CPU使用权（比如延时）时，低优先级的任务才能获得CPU使用权。UCOSII不支持多个任务优先级相同，也就是每个任务的优先级必须不一样。任务的调度其实就是CPU运行环境的切换，即：PC指针、SP指针和寄存器组等内容的存取过程UCOSII的每个任务都是一个死循环。每个任务都处在以下5种状态之一的状态下，这5种状态是：睡眠状态、就绪状态、运行状态、等待状态(等待某一事件发生)和中断服务状态。睡眠状态，任务在没有被配备任务控制块或被剥夺了任务控制块时的状态。2/8就绪状态，系统为任务配备了任务控制块且在任务就绪表中进行了就绪登记，任务已经准备好了，但由于该任务的优先级比正在运行的任务的优先级低，还暂时不能运行，这时任务的状态叫做就绪状态。运行状态，该任务获得CPU使用权，并正在运行中，此时的任务状态叫做运行状态等待状态，正在运行的任务，需要等待一段时间或需要等待一个事件发生再运行时，该任务就会把CPU的使用权让给别的任务而使任务进入等待状态。中断服务状态，一个正在运行的任务一旦响应中断申请就会中止运行而去执行中断服务程序，这时任务的状态叫做中断服务状态。UCOSII任务的5个状态转换关系如图所示：与任务相关的几个函数：1）建立任务函数UCOSII提供了我们2个建立任务的函数：OSTaskCreat和OSTaskCreatExt，我们一般用OSTaskCreat函数来创建任务，该函数原型为：OSTaskCreate(void(*task)(void*pd),void*pdata,OS_STK*ptos,INTUprio)3/8该函数包括4个参数：task：是指向任务代码的指针；pdata：是任务开始执行时，传递给任务的参数的指针；ptos：是分配给任务的堆栈的栈顶指针；prio是分配给任务的优先级。每个任务都有自己的堆栈，堆栈必须申明为OS_STK类型，并且由连续的内存空间组成。可以静态分配堆栈空间，也可以动态分配堆栈空间。OSTaskCreatExt也可以用来创建任务。2）任务删除函数任务删除，就是把任务置于睡眠状态，并不是把任务代码给删除了。UCOSII提供的任务删除函数原型为：INT8UOSTaskDel(INT8Uprio)其中参数prio就是我们要删除的任务的优先级。故该函数是通过任务优先级来实现任务删除的。3）请求任务删除函数必须确保被删除任务的资源被释放的前提下才能将其删除，所以我们通过向被删除任务发送删除请求，来实现任务释放自身占用资源后再删除。UCOSII提供的请求删除任务函数原型为：INT8UOSTaskDelReq(INT8Uprio)同样还是通过优先级来确定被请求删除任务。4）改变任务的优先级函数UCOSII在建立任务时，会分配给任务一个优先级，但是这个优先级并不是一成不变的，而是可以通过调用UCOSII提供的函数修改。UCOSII提供的任务优先级修改函数原型为：INT8UOSTaskChangePrio(INT8Uoldprio,INT8Unewprio)。5）任务挂起函数任务挂起和任务删除有点类似，但是又有区别，任务挂起只是将被挂起任务的就绪标志删除，并做任务挂起记录，并没有将任务控制块任务控制块链表里面删除，也不需要释放其资源，而任务删除则必须先释放被删除任务的资源，并将被删除任务的任务控制块也给删了。被挂起的任务，在恢复（解挂）后可以继续运行。UCOSII提供的任务挂起函数原型为：INT8UOSTaskSuspend(INT8Uprio)6）任务恢复函数有任务挂起函数，就有任务恢复函数，通过该函数将被挂起的任务恢复，让调度器4/8能够重新调度该函数。UCOSII提供的任务恢复函数原型为：INT8UOSTaskResume(INT8Uprio)三、实验内容在UCOSII里面创建3个任务：开始任务、LED0任务和LED1任务，开始任务用于创建其他（LED0和LED1）任务，之后挂起；LED0任务用于控制DS0的亮灭，DS0每秒钟亮80ms；LED1任务用于控制DS1的亮灭，DS1亮300ms，灭300ms，依次循环。所要用到的硬件资源如下：1)指示灯DS0、DS1的硬件电路图如图其中PWR是系统电源指示灯，为蓝色。LED0和LED1分别接在PB5和PE5上。为了方便大家判断，我们选择了DS0为红色的LED，DS1为绿色的LED。2）软件参数设置在os_cfg.h里面定义5/8OS_TICKS_PER_SEC=200，也就是设置UCOSII的时钟节拍为5ms。OS_MAX_TASKS=10，也就是最多10个任务（包括空闲任务和统计任务在内）。前面提到，我们需要在sys.h里面设置SYSTEM_SUPPORT_UCOS为1，以支持UCOSII，通过这个设置，不仅可以实现利用delay_init来初始化SYSTICK，产生UCOSII的系统时钟节拍，还可以让delay_us和delay_ms函数在UCOSII下能够正常使用，这使得我们之前的代码可以十分方便的移植到UCOSII下。虽然UCOSII也提供了延时函数：OSTimeDly和OSTimeDLyHMSM，但是这两个函数的最少延时单位只能是1个UCOSII时钟节拍，在本次实验中，即5ms，显然不能实现us级的延时，而us级的延时在很多时候非常有用：比如IIC模拟时序，DS18B20等单总线器件操作等。而通过delay_us和delay_ms，则可以方便的提供us和ms的延时服务，这比UCOSII本身提供的延时函数更好用。在设置SYSTEM_SUPPORT_UCOS为1之后，UCOSII的时钟节拍由SYSTICK的中断服务函数提供，该部分代码如下：systick中断服务函数,使用ucos时用到voidSysTick_Handler(void){OSIntEnter();//进入中断OSTimeTick();//调用ucos的时钟服务程序OSIntExit();//触发任务切换软中断}以上代码，其中OSIntEnter是进入中断服务函数，用来记录中断嵌套层数（OSIntNesting增加1）；OSTimeTick是系统时钟节拍服务函数，在每个时钟节拍了解每个任务的延时状态，使已经到达延时时限的非挂起任务进入就绪状态；OSIntExit是退出中断服务函数，该函数可能触发一次任务切换（当OSIntNesting==0&&调度器未上锁&&就绪表最高优先级任务！=被中断的任务优先级时），否则继续返回原来的任务执行代码（如果OSIntNesting不为0，则减1）。事实上，任何中断服务函数，都应该加上OSIntEnter和OSIntExit函数，这是因为UCOSII是一个可剥夺型的内核，中断服务子程序运行之后，系统会根据情况进行一次任务调度去运行优先级别最高的就绪任务，而并不一定接着运行被中断的任务！最后，打开test.c，输入如下代码：6/8#includesys.h#includeusart.h#includedelay.h#includeled.h#includeincludes.h///////////////////////////////////////UCOSII任务设//////////////////////////////////////////////////START任务//设置任务优先级#defineSTART_TASK_PRIO10//开始任务的优先级设置为最低//设置任务堆栈大小#defineSTART_STK_SIZE64//任务堆栈OS_STKSTART_TASK_STK[START_STK_SIZE];//任务函数voidstart_task(void*pdata);//LED0任务//设置任务优先级#defineLED0_TASK_PRIO7//设置任务堆栈大小#defineLED0_STK_SIZE64//任务堆栈OS_STKLED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];//任务函数voidled0_task(void*pdata);//LED1任务//设置任务优先级#defineLED1_TASK_PRIO6//设置任务堆栈大小#defineLED1_STK_SIZE64//任务堆栈OS_STKLED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];//任务函数voidled1_task(void*pdata);intmain(void){Stm32_Clock_Init(9);//系统时钟设置delay_init(72);//延时初始化LED_Init();LED_Init();//初始化与LED连接的硬件接口7/8OSInit();OSTaskCreate(start_task,(void*)0,(OS_STK*)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO);//创建起始任务OSStart();}//开始任务voidstart_task(void*pdata){OS_CPU_SRcpu_sr=0;pdata=pdata;OS_ENTER_CRITICAL();//进入临界区(无法被中断打断)OSTaskCreate(led0_task,(void*)0,(OS_STK*)&LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE-1],LED0_TASK_PRIO);OSTaskCreate(led1_task,(void*)0,(OS_STK*)&LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE-1],LED1_TASK_PRIO);OSTaskSuspend(START_TASK_PRIO);//挂起起始任务.OS_EXIT_CRITICAL();//退出临界区(可以被中断打断)}//LED0任务voidled0_task(void*pdata){while(1){LED0=0;delay_ms(80);LED0=1;delay_ms(920);};}//LED1任务voidled1_task(void*pdata){while(1){8/8LED1=0;delay_ms(300);LED1=1;delay_ms(300);};}该部分代码我们创建了3个任务：start_task、led0_task和led1_task，优先级分别是10、7和6，堆栈大小都是64（注意OS_STK为32位数据）。我们在main函数只创建了start_task一个任务，然后在start_task再创建另外两个任务，在创建之后将自身（start_task）挂起。这里，我们单独创建start_task，是为了提供一个单一任务，实现应用程序开始运行之前的准备工作。在应用程序中经常有一些代码段必须不受任何干扰地连续运行，这样的代码段叫做临界段。因此，为了使临界段在运行时不受中断所打断，在临界段代码前必须用关中断指令使CPU屏蔽中断请求，而在临界段代码后必须用开中断指令解除屏蔽使得CPU可以响应中断请求。UCOSI