UCOSII概念及内核.docx
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UCOSII概念及内核
UCOS-II概念及内核
实时系统概念
1.有两种类型的实时系统:
软实时系统和硬实时系统。
在软实时系统中系统
的宗旨是使各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长
时间内完成。
在硬实时系统中，各任务不仅要执行无误而且要做到准时。
2.前后台系统:
应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相
应的操作，这部分可以看成后台行为（background）。
中断服务程序处理异
步事件，这部分可以看成前台行为（foreground）。
后台也可以叫做任务
级。
前台也叫中断级。
3.可重入型函数:
可重入型函数可以被一个以上的任务调用，而不必担心数
据的破坏。
可重入型函数任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以运
行，而相应数据不会丢失。
可重入型函数或者只使用局部变量，即变量保
存在CPU寄存器中或堆栈中。
如果使用全局变量，则要对全局变量予以保
护。
以下技术之一即可使不可重入函数具有可重入性:
把变量定义为局部变量
调用函数之前关中断，调动后再开中断
用信号量禁止该函数在使用过程中被再次调用
4.优先级反转:
应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则称之为动
态优先级。
实时内核应当避免出现优先级反转问题。
为防止发生优先级反
转,内核能自动变换任务的优先级,这叫做优先级继承（Priority
inheritance）
5.互斥条件:
实现任务间通讯最简便到办法是使用共享数据结构。
特别是当所
有到任务都在一个单一地址空间下，能使用全程变量、指针、缓冲区、链
表、循环缓冲区等，使用共享数据结构通讯就更为容易。
虽然共享数据区
法简化了任务间的信息交换，但是必须保证每个任务在处理共享数据时的
排它性，以避免竞争和数据的破坏。
与共享资源打交道时，使之满足互斥
条件最一般的方法有:
关中断（μC/OS-?
在处理内部变量和数据结构时就是使用的这种手
段）
使用测试并置位指令
禁止做任务切换
利用信号量
6.信号量:
信号量用于:
控制共享资源的使用权（满足互斥条件）
标志某事件的发生
使两个任务的行为同步
对信号量只能实施三种操作:
初始化（INITIALIZE），也可称作建立（CREATE）;
等信号（WAIT）也可称作挂起（PEND）;
给信号（SIGNAL）或发信号（POST）。
这是我自己写的验证信号量的部分代码:
voidtask_one（void*pdata）;
voidtask_two（void*pdata）;
OS_EVENT*tasktwo;
#include"includes.h"
GUI_Init（）;
VCInit（）;//初始化一些变量
OSInit（）;
timeSetEvent（OS_TICKS_PER_SEC,0,OSTickISR,0,TIME_PERIODIC）;//
产生节拍
tasktwo=OSSemCreate（0）;
OSTaskCreate（task_two,0,&TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1],1）;OSTaskCreate（task_one,0,&TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1],2）;
OSStart（）;
7.使用实时内核的优缺点:
实时内核也称为实时操作系统或RTOS。
它的使用
使得实时应用程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新
的功能。
通过将应用程序分割成若干独立的任务，RTOS使得应用程序的设
计过程大为减化。
使用可剥夺性内核时，所有时间要求苛刻的事件都得到
了尽可能快捷、有效的处理。
通过有效的服务，如信号量、邮箱、队列、
延时、超时等，RTOS使得资源得到更好的利用。
如果应用项目对额外的需
求可以承受，应该考虑使用实时内核。
这些额外的需求是:
内核的价格，
额外的ROM/RAM开销，2到4百分点的CPU额外负荷。
内核结构
1.任务:
一个任务通常是一个无限的循环。
看起来像其它C的函数一样，有
函数返回类型，有形式参数变量，但是任务是绝不会返回的。
故返回参数
必须定义成void。
当任务完成以后任务代码并非真的删除了，μC/OS-?
只
是简单地不再理会这个任务了。
列出一任务:
voidYourTask（void*pdata）
（1）
{
for（;;）{
（2）
/*用户代码*/
调用uC/OS-II的某种系统服务:
OSMboxPend（）;
OSQPend（）;
OSSemPend（）;
OSTaskDel（OS_PRIO_SELF）;
OSTaskSuspend（OS_PRIO_SELF）;
OSTimeDly（）;
OSTimeDlyHMSM（）;
/*用户代码*/
}
}
形式参数变量
（1）是由用户代码在第一次执行的时候带入的。
该变量的类型是一个指向void的指针。
这是为了允许用户应用程序传递任何类型的数据给任务。
μC/OS-?
可以管理多达64个任务，但目前版本的μC/OS-?
有两个任务已经被系统占用了。
作者保留了优先级为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。
为了使μC/OS-?
能管理用户任务，用户必须在建立一个任务的时候，将任务的起始地址与其它参数一起传给下面两个函数中的一个:
OSTastCreat或OSTaskCreatExt（）。
2.任务控制块:
一旦任务建立了，任务控制块OS_TCBs将被赋值。
任务控制
块是一个数据结构，当任务的CPU使用权被剥夺时，μC/OS-?
用它来保存
该任务的状态。
当任务重新得到CPU使用权时，任务控制块能确保任务从
当时被中断的那一点丝毫不差地继续执行。
OS_TCBs全部驻留在RAM中。
µC/OS-II任务控制块清单:
typedefstructos_tcb{
OS_STK*OSTCBStkPtr;//指向当前任务栈顶的指针。
每个任务的栈的
容量可以是//任意的。
#ifOS_TASK_CREATE_EXT_EN
void*OSTCBExtPtr;//指向用户定义的任务控制块扩展
OS_STK*OSTCBStkBottom;//是指向任务栈底的指针
INT32UOSTCBStkSize;//存有栈中可容纳的指针元数目
INT16UOSTCBOpt;//把“选择项”传给OSTaskCreateExt（）
INT16UOSTCBId;//存储任务的识别码，留给将来扩展用
#endif
//用于任务控制块OS_TCBs的双重链接，该链表在时钟节
structos_tcb*OSTCBNext;//拍函数OSTimeTick（）中使用，用于刷新各个任务的任
structos_tcb*OSTCBPrev;//务延迟变量.
#if（OS_Q_EN&&（OS_MAX_QS>=2））||OS_MBOX_EN||OS_SEM_EN
OS_EVENT*OSTCBEventPtr;//指向事件控制块的指针#endif
#if（OS_Q_EN&&（OS_MAX_QS>=2））||OS_MBOX_EN
void*OSTCBMsg;//是指向传给任务的消息的指针#endif
INT16UOSTCBDly;
INT8UOSTCBStat;
INT8UOSTCBPrio;
INT8UOSTCBX;
INT8UOSTCBY;
INT8UOSTCBBitX;
INT8UOSTCBBitY;
#ifOS_TASK_DEL_EN
BOOLEANOSTCBDelReq;
#endif
}OS_TCB;
目前，一个用于空闲任务，另一个用于任务统计（如果OS_TASK_STAT_EN是设为1的）。
在μC/OS-?
初始化的时候，所有任务控制块OS_TCBs被链接成单向空任务链表。
当任务一旦建立，空任务控制块指针OSTCBFreeList指向的任务控制块便赋给了该任务，然后OSTCBFreeList的值调整为指向下链表中下一个空的任务控制块。
一旦任务被删除，任务控制块就还给空任务链表。
3.就绪表（ReadyList）:
每个任务被赋予不同的优先级等级，从0级到最
低优先级OS_LOWEST_PR1O。
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OSRedyGrp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。
以下程序清单中的代码用于将任务放入就绪表。
Prio是任务的优先级OSRdyGrp|=OSMapTbl[prio>>3];
OSRdyTbl[prio>>3]|=OSMapTbl[prio&0x07];
如果一个任务被删除了，则用程序清单中的代码做求反处理
if（（OSRdyTbl[prio>>3]&=~OSMapTbl[prio&0x07]）==0）
OSRdyGrp&=~OSMapTbl[prio>>3];
找出进入就绪态的优先级最高的任务
y=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x=OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
prio=（y<<3）+x;
4.任务调度（TaskScheduling）:
μC/OS-?
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，OSSched（）的所
有代码都属临界段代码。
5.系统初始化OSIint（）:
OSInit（）建立空闲任务idletask，这个任务总是
处于就绪态的。
OSInit（）还得建立统计任务OSTaskStat（）并且让其进入就
绪态。
以上两个任务的任务控制块（OS_TCBs）是用双向链表链接在一起的。
μC/OS-?
还初始化了4个空数据结构缓冲区。
6.任务启动OSStart（）:
多任务的启动是用户通过调用OSStart（）实现的。
然而，启动μC/OS-?
之前，用户至少要建立一个应用任务。
当调用OSStart（）
时，OSStart（）从任务就绪表中找出那个用户建立的优先级最高任务的任务
控制块，然后，OSStart（）调用高优先级就绪任务启动函数
任务管理
1.建立任务:
建立任务:
OSTaskCreate（）或OSTaskCreateExt（）。
OSTaskCreate（）与µC/OS是向下兼容的，OSTaskCreateExt（）是
OSTaskCreate（）的扩展版本，提供了一些附加的功能。
任务可以在多任务
调度开始前建立，也可以在其它任务的执行过程中被建立。
在开始多任务
调度（即调用OSStart（））前，用户必须建立至少一个任务。
任务不能由中断
服务程序（ISR）来建立。
OSTaskCreate（）需要四个参数:
task是任务代码的指针，pdata是当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。
OSTaskCreate（）清单
INT8UOSTaskCreate（void（*task）（void*pd）,void*pdata,OS_STK*ptos,
INT8Uprio）
{
void*psp;
INT8Uerr;
if（prio>OS_LOWEST_PRIO）{//检测分配给任务的优先级是否有效
return（OS_PRIO_INVALID）;
}
OS_ENTER_CRITICAL（）;//关中断
if（OSTCBPrioTbl[prio]==（OS_TCB*）0）{//确保在规定的优先级上还没有建立任务
OSTCBPrioTbl[prio]=（OS_TCB*）1;//放置一个非空指针保留该优先级
OS_EXIT_CRITICAL（）;//开中断
psp=（void*）OSTaskStkInit（task,pdata,ptos,0）;//建立任务的堆栈
err=OSTCBInit（prio,psp,（void*）0,0,0,（void*）0,0）;
//从空闲的OS_TCB池中获得并初始化一个OS_TCB
if（err==OS_NO_ERR）{
OS_ENTER_CRITICAL（）;
OSTaskCtr++;//于保存产生的任务数目
OSTaskCreateHook（OSTCBPrioTbl[prio]）;
//户自己定义的函数，用来扩展OSTaskCreate（）的功能
OS_EXIT_CRITICAL（）;
if（OSRunning）{//如果OSTaskCreate（）函数是在某个任务的执行过程中被调用
OSSched（）;//调用调度函数
}
}else{
OS_ENTER_CRITICAL（）;
OSTCBPrioTbl[prio]=（OS_TCB*）0;//放弃该任务的优先级
OS_EXIT_CRITICAL（）;
}
return（err）;
}else{
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_PRIO_EXIST）;
}
}
用OSTaskCreateExt（）函数来建立任务会更加灵活，但会增加一些额外的开销。
其内部结构与OSTaskCreate（）大体相同。
2.任务堆栈:
每个任务都有自己的堆栈空间。
堆栈必须声明为OS_STK类型，
并且由连续的内存空间组成。
用户可以静态分配堆栈空间（在编译的时候分
配）也可以动态地分配堆栈空间（在运行的时候分配）。
µC/OS-?
支持的处理
器的堆栈既可以从上（高地址）往下（低地址）长也可以从下往上长。
用户在
调用OSTaskCreate（）或OSTaskCreateExt（）的时候必须知道堆栈是怎样长
的，因为用户必须得把堆栈的栈顶传递给以上两个函数，当OS_CPU.H文件
中的OS_STK_GROWTH置为0时，用户需要将堆栈的最低内存地址传递给任
务创建函数，当OS_CPU.H文件中的OS_STK_GROWTH置为1时，用户需要将
堆栈的最高内存地址传递给任务创建函数。
任务所需的堆栈的容量是由应
用程序指定的。
用户在指定堆栈大小的时候必须考虑用户的任务所调用的
所有函数的嵌套情况，任务所调用的所有函数会分配的局部变量的数目，
以及所有可能的中断服务例程嵌套的堆栈需求。
另外，用户的堆栈必须能
储存所有的CPU寄存器。
3.堆栈检验OSTaskStkChk（）:
为了使用µC/OS-?
的堆栈检验功能，用户必须要做以下几件事情:
在OS_CFG.H文件中设OS_TASK_CREATE_EXT为1。
用OSTaskCreateExt（）建立任务，并给予任务比实际需要更多的内存空间。
在OSTaskCreateExt（）中，将参数opt设置为OS_TASK_OPT_STK_CHK+
OS_TASK_OPT_STK_
CLR。
注意如果用户的程序启动代码清除了所有的RAM，并且从未删除过已
建立了的任务，那么用户就不必设置选项OS_TASK_OPT_STK_CLR了。
这样
就会减少OSTaskCreateExt（）的执行时间。
将用户想检验的任务的优先级作为OSTaskStkChk（）的参数并调用之。
OSTaskStkChk（）顺着堆栈的栈底开始计算空闲的堆栈空间大小。
具体实现方法是统计储存值为0的连续堆栈入口的数目，直到发现储存值不为0的堆栈入口。
用户应该使自己的应用程序运行足够长的时间，并且经历最坏的堆栈使用情况，这样才能得到正确的数。
4.删除任务OSTaskDel（）:
删除任务,是说任务将返回并处于休眠状态，并不
是说任务的代码被删除了，只是任务的代码不再被µC/OS-?
调用。
过调用
OSTaskDel（）就可以完成删除任务的功能。
删除任务程序清单
INT8UOSTaskDel（INT8Uprio）
{
OS_TCB*ptcb;
OS_EVENT*pevent;
if（prio==OS_IDLE_PRIO）{//确保用户所要删除的任务并非是空闲任务
return（OS_TASK_DEL_IDLE）;
}
if（prio>=OS_LOWEST_PRIO&&prio!
=OS_PRIO_SELF）{
//用户可以删除statistic任务
return（OS_PRIO_INVALID）;
}
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（OSIntNesting>0）{//确保用户不是在ISR例程中去试图删除一个任务
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_TASK_DEL_ISR）;
}
if（prio==OS_PRIO_SELF）{//任务可以通过指定OS_PRIO_SELF参数来删除自己
Prio=OSTCBCur->OSTCBPrio;
}
if（（ptcb=OSTCBPrioTbl[prio]）!
=（OS_TCB*）0）{//保证被删除的任务确实存在
if（（OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY]&=~ptcb->OSTCBBitX）==0）{
OSRdyGrp&=~ptcb->OSTCBBitY;//任务处于就绪表中，它会直接被移除
}
if（（pevent=ptcb->OSTCBEventPtr）!
=（OS_EVENT*）0）{
if（（pevent->OSEventTbl[ptcb->OSTCBY]&=~ptcb->OSTCBBitX）==0）{//如果任务处于邮箱、消息队列或信号量的等待表中，它就从自己所处的表中被移除
pevent->OSEventGrp&=~ptcb->OSTCBBitY;
}
}
Ptcb->OSTCBDly=0;
//将任务的时钟延迟数清零，以确保自己重新允许中断的时候，ISR例程不会使该任务就绪
Ptcb->OSTCBStat=OS_STAT_RDY;//阻止其它任务或ISR例程让该任务重新开始执行
OSLockNesting++;//阻止任务调度程序在删除过程中切换到其它的任务中去
OS_EXIT_CRITICAL（）;//重新允许中断以减少中断的响应时间
OSDummy（）;//确保在再次禁止中断之前至少执行了一个调用指令和一个返回指令
OS_ENTER_CRITICAL（）;
OSLockNesting--;//锁定嵌套计数器减一以重新允许任务调度
OSTaskDelHook（ptcb）;//调用用户自定义的OSTaskDelHook（）函数
OSTaskCtr--;
OSTCBPrioTbl[prio]=（OS_TCB*）0;//将指向被删除的任务的OS_TCB的指针指向NULL
if（ptcb->OSTCBPrev==（OS_TCB*）0）{//将任务从OS_TCB双向链表中移除
ptcb->OSTCBNext->OSTCBPrev=（OS_TCB*）0;
OSTCBList=ptcb->OSTCBNext;
}else{
ptcb->OSTCBPrev->OSTCBNext=ptcb->OSTCBNext;
ptcb->OSTCBNext->OSTCBPrev=ptcb->OSTCBPrev;
}
ptcb->OSTCBNext=OSTCBFreeList;
//OS_TCB返回到空闲OS_TCB表中，并允许其它任务的建立
OSTCBFreeList=ptcb;
OS_EXIT_CRITICAL（）;
OSSched（）;//中断服务子程序是否曾使更高优先级的任务处于就绪状态
return（OS_NO_ERR）;
}else{
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_TASK_DEL_ERR）;
}
}
5.请求删除任务，OSTaskDelReq（）:
有时候，如果任务A拥有内存缓冲区或
信号量之类的资源，而任务B想删除该任务，这些资源就可能由于没被释
放而丢失。
在这种情况下，用户可以想法子让拥有这些资源的任务在使用
完资源后，先释放资源，再删除自己。
用户可以通过OSTaskDelReq（）函数
来完成该功能。
6.改变任务的优先级OSTaskChangePrio（）:
为了改变调用本函数的任务的优
先级，用户可以指定该任务当前的优先级或OS_PRIO_SELF，
OSTaskChangePrio（）会决定该任务的优先级。
用户还必须指定任务的新（即
想要的）优先级。
因为µC/OS-?
不允许多个任务具有相同的优先级，所以
OSTaskChangePrio（）需要检验新优先级是否是合法的
7.挂起任务OSTaskSuspend（）:
挂起任务可通过调用OSTaskSuspend（）函数
来完成。
被挂起的任务只能通过调用OSTaskResume（）函数来恢复。
OSTaskSuspend（）要确保用户的应用程序不是在挂起空闲任务
确认用户指定优先级是有效的，记住最大的有效的优先级数是
OS_LOWEST_PRIO
检验用户是否通过指定OS_PRIO_SELF来挂起调用本函数的任务本身
用户也可以通过指定优先级来挂起调用本函数的任务
检验要挂起的任务是否存在
在任务的OS_TCB中设置OS_STAT_SUSPEND标志，以表明任务正在被挂
起
若被挂起的任务是调用本函数的任务本身，调用任务调度程序
任务管理2
1.时钟节拍:
µC/OS-?
（其它内核也一样）要求用户提供定时中断来实现延时与超时控制等功能。
五个与时钟节拍有关的系统服务:
OSTimeDly（）
OSTimeDlyHMSM（）
OSTimeDlyResume（）
OSTimeGet（）
OSTimeSet（）
2.任务延时函数OSTimeDly（）:
调用该函数会使µC/OS-?
进行一次任务调度，并且执行下一个优先级最高的就绪态任务。
其实现过程如下:
如果用户指定0值，则表明用户不想延时任务，函数会立即返回到调
用者
升级会员 