移植嵌入式操作系统心得Word文档下载推荐.docx
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（3）任务级任务调度
指在非中断返回时进行任务调度，一般发生在当前任务因时间延迟或等待某事件而阻塞或被挂起，或有更高优先级的任务处于就绪状态。
任务的基本信息：
CPU的PC寄存器：
任务当前执行的位置；
CPU的通用寄存器：
任务当前执行涉及的临时数据；
CPU的状态寄存器：
存储当前CPU的状态。
任务级任务切换：
从一个任务直接切换至另一个任务，不涉及CPU状态的切换，OS_TASK_SW（）既保存当前任务上下文，又恢复新任务上下文。
过程：
OS_Sched（）->
OS_SchedNew（）->
OS_TASK_SW（）
（4）中断级任务调度
中断级任务切换：
在中断处理完成后，通过OSIntExit（）判断是否有更高优先级就绪任务。
如果有，调用OSIntCtxSW（）恢复新任务上下文。
注意：
在中断处理中，已经保存了被中断任务的上下文，所以这里仅仅恢复。
OSIntExt（）–>
OSIntEnter（）->
ISR–>
OSIntExit（）->
OSIntCtxSW（）
（5）调度器上锁与解锁
uC/OS-II提供调度器锁定功能，在锁定期间不能进行任务调度。
uC/OS-II使用全局变量OSLockNesting标识是否锁定了任务调度器。
OS_EXTINT8UOSLockNesting;
voidOSSchedLock（void）;
voidOSSchedUnlock（void）;
（6）中断管理函数
在中断处理中，不允许进行任务管理、事件管理及任务调度等操作。
uC/OS-II通过全局变量OSIntNesting标识当前是否处于中断状态。
在所有任务及事件管理的程序中，都有对OSIntNesting进行判断的语句。
voidOSIntEnter（void）;
voidOSIntExit（void）;
（7）中断相关问题
OS_ENTER_CRITICAL（）
OS_EXIT_CRITICAL（）
关中断使得uC/OS-II能够同时避免有其他任务或中断服务进入临界代码段。
调用uC/OS-II功能函数时，中断总应当是开着的。
uC/OS-II如何禁止调度？
在中断中允许调度吗？
为什么？
uC/OS-II如何屏蔽中断？
2.uC/OS-II系统启动
uC/OS-II首先调用OSInit（）进行初始化，然后创建任务（此时还未启动系统，仅仅为其分配资源），然后调用OSStart（）启动系统，将CPU控制权交给uC/OS-II，OS根据任务优先级选择由哪个任务开始执行，或创建新的任务。
（1）初始化函数OSInit（）
OSInit（）主要完成初始化操作，包括初始化全局变量（在OS_InitMisc（）中）、任务就绪表、TCB、ECB、FCB、内存单元、消息队列，并创建空闲任务。
如果有必要，创建统计任务。
OS_InitMisc（）;
//初始化部分全局变量
OS_InitRdyList（）;
//初始化任务就绪表
OS_InitTCBList（）;
//初始化空闲TCB链表
OS_InitEventList（）;
//初始化ECB链表
OS_FlagInit（）;
//初始化事件组标志结构
OS_MemInit（）;
//初始化内存管理
OS_QInit（）;
//初始化消息队列
OS_InitTaskIdle（）;
//创建空闲任务
OS_InitTaskStat（）;
//创建统计任务
uC/OS-II初始化了5个空的数据结构缓冲区，每个缓冲区都是单向链表，允许uC/OS-II从缓冲区中迅速取得或释放一个缓冲区中的元素。
uC/OS-II调用OSInit（）后的变量与数据结构如下图所示：
（2）启动函数OSStart（）
OSStart（）在一切准备就绪且需要首先创建的任务都被创建后，启动uC/OS-II。
它从就绪表中查找最高优先级就绪任务，并恢复其上下文开始执行。
OSStart（）->
OSStartHighRdy（）
问题：
任务第一次被调用时，哪来的上下文供其恢复呢？
创建任务时，调用了OSTaskStkInit（）初始化任务堆栈，可此函数中没有涉及任务的上下文呀？
uC/OS-II调用OSStart（）后的变量和数据结构如下图所示：
（3）统计任务OSTaskStat
OSTaskStat用于计算CPU利用率。
设置OS_CFG.H中的OS_TASK_STAT_EN为1，创建统计任务，在系统启动后一直处于就绪状
态。
刚开始时，空闲任务运行1S，为计算CPU利用率提供一个基准值，并保存在统计任务的堆栈中，这个值不会改变除非重新启动CPU。
此后空闲任每次被其
它任务抢去CPU时，它里面的计数器就会直接记录下CPU空闲的时间。
3.uC/OS-II系统时钟
任何实时系统的时钟硬件设备每隔一段时间（一个系统tick）产生一个硬件中断，OS接收到该中断后，更新时间计数器，更新所有对时钟依赖的程序代码，从而维持系统有序稳定的运行。
主要包含在C源文件OS_TIME.C中。
#defineOS_TICKS_PER_SEC100//系统时钟中断间隔
OS_EXTvolatileINT32UOSTime;
//系统运行的时间值
voidOSTimeTick（void）;
//时钟中断服务程序
voidOSTimeDly（INT16Uticks）;
//延迟指定时钟节拍
INT8UOSTimeDlyHMSM（…）;
//延迟指定时间长度
INT8UOSTimeDlyResume（prio）;
//恢复等待（时延/阻塞）任务
INT32UOSTimeGet（void）;
//读取当前时间
voidOSTimeSet（INT32Uticks）;
//设置当前时间
4.uC/OS-II事件管理
（1）事件控制块
INT8UOSEventType;
//事件类型
void*OSEventPtr;
//指向MBox或Queue
INT16UOSEventCnt;
//信号量计数器（注：
Mutex）
INT8UOSEventGrp;
//事件等待组标志
INT8UOSEventTbl[];
//时间任务等待表
INT8UOSEventName[];
//时间名称
（2）ECB管理机制
OS_EXTOS_EVENT*OSEventFreeList;
//空闲ECB链表指针
OS_EXTOS_EVENTOSEventTbl[]；
//ECB结构体数组
（3）ECB管理函数
OS_InitEventList（）：
初始化ECB；
OS_EventWaitListInit（）：
在创建事件时调用，初始化ECB任务等待表；
OS_EventTaskRdy（）：
在事件发生时调用，修改此事件中最高优先级任务的TCB成员变量，在任务就绪表中添加此任务，将相应信息传递给该任务TCB，并将此任务从事件的任务等代表中删除；
OS_EventTaskWait（）：
在申请资源失败而暂停当前任务时被调用，将任务从任务就绪表中删除，并添加到事件的任务等代表中；
OS_EventTO（）：
在事件等待超时时调用，将此任务从事件的任务等代表中删除，并修改该任务的TCB成员变量；
【专题】uC/OS-II内核架构解析（4）---uC/OS-II任务管理
1.C可执行代码结构
（1）代码段.text：
存放CPU执行的机器指令，通常.text是可共享且只读的。
（2）数据段.data：
.rodata（常量数据）、.rwdata（已初始化全局变量、静态变量）。
（3）未初始化数据段.bss：
未初始化的全局变量、静态变量。
（4）栈.stack：
存放函数参数、局部变量及任务切换时的上下文。
（5）堆.heap：
用于动态内存分配。
2.任务结构
在uC/OS-II中，任务是事件运行和管理的基本单元。
一个uC/OS-II任务至少包含程序代码、栈和TCB，还可选择性使用相当于堆的动态内存空间。
程序运行时，uC/OS-II中的任务相当于可执行代码（可单独运行的单元）。
uC/OS-II任务的各部分如何管理?
?
3.任务栈
任务栈数据类型：
typedefunsignedshortOS_STK
任务栈增长方向：
#defineOS_STK_GROWTH0/1
任务栈基本功能：
4.任务控制块
（1）TCB描述
主要用来存储任务的当前属性。
（问：
任务第一次被调度时，该如何运行？
）
（2）TCB主要成员
任务栈空间位置：
OSTCBStkPtr、OSTCBStkBottom、OSTCBStkSize；
任务通信与同步：
OSTCBEventPtr、OSTCBMsg；
任务事件组标志：
OSTCBFlagNode、OSTCBFlagsRdy；
任务等待/阻塞：
OSTCBDly、OSTCBPendTO；
任务当前状态：
OSTCBStat；
任务优先级：
OSTCBPrio；
（3）TCB全局变量
OS_EXTOS_TCBOSTCBTbl[OS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS];
OS_EXTOS_TCBOSTCBPrioTbl[OS_LOWEST_PRIO+1];
OS_EXTOS_TCB*OSTCBFreeList;
OS_EXTOS_TCB*OSTCBList;
OS_EXTOS_TCB*OSTCBHighRdy;
OS_EXTOS_TCB*OSTCBCur;
5.任务状态切换
6.任务管理函数
OS_TASK.C：
11个函数
OSTaskCreate（）;
OSTaskCreateExt（）;
OSTaskDel（）;
OSTaskDelReq（）;
OSTaskChangePrio（）;
OSTaskSuspend（）;
OSTaskResume（）;
OSTaskNameGet（）;
OSTaskNameSet（）;
OSTaskStkChk（）;
OS_TaskStkClr（）;
OSTaskQuery（）;
【专题】uC/OS-II内核架构解析（5）---uC/OS-II通信与同步
1.消息邮箱Mbox
Mbox用于多任务间单一消息的传递，uC/OS-II使用ECB管理Mbox的基本信息，OSEventPtr指向创建Mbox时指定的内存空间。
事件的创建由具体的事件管理程序实现。
主要包含在C源文件OS_MBOX.C中。
OS_EVENT*OSMboxCreate（void*msg）;
void*OSMboxPend（OS_EVENT*pevent,INT16Utimeout,INT8U*err）;
void*OSMboxAccept（OS_EVENT*pevent）;
INT8UOSMboxPost（OS_EVENT*pevent,void*msg）;
INT8UOSMboxPostOpt（OS_EVENT*pevent,void*msg,INT8Uopt）;
OS_EVENT*OSMboxDel（OS_EVENT*pevent,INT8Uopt,INT8U*err）;
INT8UOSMboxQuery（OS_EVENT*pevent,OS_MBOX_DATA*）;
2.消息队列msgQ
（1）msgQ基本内容
msgQ是uC/OS-II任务间通信的机制，可实现多条消息传递，即可以同时存储多条消息。
uC/OS-II使用循环队列管理机制。
主要包含在C源文件OS_Q.C中。
msgQ管理：
使用指针数组存储所有消息的位置；
使用QCB标识指针数组中消息的基本信息；
使用ECB管理整个msgQ。
QCB在编译时分配空间，即当前系统中可用的msgQ个数是预先设置的，系统运行时不能修改。
（2）msgQ全局变量
OS_EXTOS_Q*OSQTbl[OS_MAX_QS];
//QCB结构体数组
OS_EXTOS_Q*OSQFreeList;
//空闲QCB头指针
typedefstructos_q{//消息队列控制块
structos_q*OSQPtr;
//用于构建空闲QCB链表
void**OSQStart;
//指向msgQ指针数组的起始位置
void**OSQEnd;
//指向msgQ指针数组的结束位置
void**OSQIn;
//指向msgQ指针数组下一个可以插入消息的位置
void**OSQOut;
//指向msgQ指针数组下一个可以读出消息的位置
INT16UOSQSize;
//msgQ指针数组的大小
INT16UOSQEntries;
//msgQ指针数组当前可以读取的消息个数
}OS_Q;
（3）msgQ管理函数
OS_EVENT*OSQCreate（void**start,INT16Usize）;
INT8UOSQPost（OS_EVENT*pevent,void*msg）;
//发送消息到队尾
INT8UOSQPostFront（OS_EVENT*pevent,void*msg）;
//msg至队首
INT8UOSQPostOpt（OS_EVENT*pevent,void*msg,INT8Uopt）;
void*OSQPend（OS_EVENT*pevent,INT16Utimeout,INT8U*err）;
void*OSQAccept（OS_EVENT*pevent,INT8U*err）;
OS_EVENT*OSQDel（OS_EVENT*pevent,INT8Uopt,INT8U*err）;
INT8UOSQQuery（OS_EVENT*pevent,OS_Q_DATA*）;
INT8UOSQFlush（OS_EVENT*pevent）;
（4）msgQ几个问题
uC/OS-II中，什么是事件？
事件是uC/OS-II管理任务间同步与通信的机制。
事件是处理事件的对象感兴趣的，能够感知或捕获到一种事件状态的改变。
3.信号量Sem
Sem主要用来实现任务间同步及标识某类资源的可用个数，即某个特定资源可供多少任务同时使用。
主要包含在C源文件OS_SEM.C中。
OS_EVENT*OSSemCreate（INT16Ucnt）;
voidOSSemPend（OS_EVENT*pevent,INT16Utimeout,INT8U*err）;
INT16UOSSemAccept（OS_EVENT*pevent）;
INT8UOSSemPost（OS_EVENT*pevent）;
OS_EVENT*OSSemDel（OS_EVENT*pevent,INT8Uopt,INT8U*err）;
INT8UOSSemQuery（OS_EVENT*pevent,OS_SEM_DATA*）;
voidOSSemSet（OS_EVENT*pevent,INT16Ucnt,INT8U*err）;
4.互斥锁Mutex
（1）Mutex基本原理
Mutex用来实现对资源的排他性访问，可能引起优先级反转。
任何任务在占有某个互斥锁事件时，都不能阻塞等待其它任何事件，否则会造成死锁。
主要包含在C源文件OS_MUTEX.C中。
优先级反转是指，低优先级任务占有高优先级任务运行所需的资源，而使高优先级不得不等低优先级任务把资源释放才能执行。
uC/OS-II使用ECB管理Mutex，其成员变量OSEventCnt：
高8位存储Mutex被使用时提供给任务的prio；
低8位在没有任务占有Mutex时为0xFF，否则为占有任务的prio。
优先级反转及优先级反转避免分别如下图所示：
（2）提升/恢复优先级
a）提升Mutex拥有者任务的优先级的相关操作：
如果该任务原来处于就绪状态，则从就绪表中将其删除；
如果该任务正在等待某个事件，则从该事件的任务等待表中将其删除；
修改拥有Mutex的TCB，将其OSTCBPrio修改为欲提升的优先级；
如果该任务处于就绪状态，则将提升的优先级加载到任务就绪表中；
如果该任务未就绪且正在等待某个事件，则将提升的优先级添加到该事件的任务等待表中，并修改TCB中OSTCBEventPtr；
修改TCB中与优先级相关的成员变量。
b）恢复Mutex拥有任务的优先级的相关操作：
从任务就绪表中删除提升过的优先级值，修改当前TCB中与优先级相关的所有成员变量；
再次保留提升的优先级值控制块入口，避免将其分配给其它任务。
（3）Mutex管理函数
#defineOS_MUTEX_KEEP_LOWER_80x00FF
#defineOS_MUTEX_KEEP_UPPER_80xFF00
#defineOS_MUTEX_AVAILABLE0x00FF
OS_EVENT*OSMutexCreate（INT8Uprio,INT8U*err）;
voidOSMutexPend（OS_EVENT*pevent,INT16Utimeout,INT8U*err）;
INT8UOSMutexAccept（OS_EVENT*pevent,INT8U*err）;
INT8UOSMutexPost（OS_EVENT*pevent）;
OS_EVENT*OSMutexDel（OS_EVENT*,INT8Uopt,INT8U*err）;
INT8UOSMutexQuery（OS_EVENT*,OS_MUTEX_DATA*）;
5.事件组标志Flag
（1）Flag基本原理
uC/OS-II提供事件组标志实现多事件管理。
Flag只是使用0/1来表示某个事件是否发生过，而不能直接被用来传递数据和消息。
可以选择性地设置一个Flag最多可以管理的任务同步状态。
主要包含在C源文件OS_FLAG.C中。
（2）Flag数据结构
#defineOS_FLAGS_NBITS8/16/32//定义OS_FLAGS的位数
FCB结构体：
typedefstructos_flag_grp{
INT8UOSFlagType;
//事件类型
void*OSFlagWaitList;
//指向等待的任务链表
OS_FLAGSOSFlagFlags;
//信号列表
INT8UOSFlagName[OS_FLAG_NAME_SIZE];
}OS_FLAG_GRP;
事件标志等待链表结点
typedefstructos_flag_node{
void*OSFlagNodeNext;
void*OSFlagNodePrev;
void*OSFlagNodeTCB;
void*OSFlagNodeFlagGrp;
//指向此任务所等待的事件组标志
OS_FLAGSOSFlagNodeFlags;
//等待的事件
INT8UOSFlagNodeWaitType;
//等待方式
}OS_FLAG_NODE;
OS_EXTOS_FLAG_GRPOSFlagTbl[OS_MAX_FLAGS];
OS_EXTOS_FLAG_GRP*OSFlagFreeList;
OS_FLAG_GRP*OSFlagCreate（OS_FLAGSflags,INT8U*err）;
OS_FLAGSOSFlagPend（OS_FLAG_GRP*pgrp,OS_FLAGSflags,
（3）Flag管理函数
INT8Uwait_type,INT16Utimeout,INT8U*err）;
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