第8讲(2)内核结构

2014-10-6
task name task ID task status task priority task context （ registers and flags of CPU） …
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《嵌入式系统设计》
TCB of ucOS
typedef struct os_tcb { OS_STK *OSTCBStkPtr; struct os_tcb *OSTCBNext; struct os_tcb *OSTCBPrev; 。。。。。。。 #if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN || OS_SEM_EN OS_EVENT #endif *OSTCBEventPtr;
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《嵌入式系统设计》
代码的临界段
代码的临界段也称为临界区，指处理时不可分割的代码。 一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断。
为确保临界段代码的执行，在进入临界段之前要关中断， 而临界段代码执行完以后要立即开中断。
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《嵌入式系统设计》
共享资源
资源 ：任何为任务所占用的实体都可称为资源。资源可 以是打印机、键盘、显示器，资源也可以是一个变量， 一个结构或一个数组等
μC/OS-Ⅱ提供两个宏调用，允许用户在应用程序的C代 码中关中断然后再开中断：
OS_ENTER_CRITICAL() OS_EXIT_CRITICAL()
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《嵌入式系统设计》

两个宏调用的使用法
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《嵌入式系统设计》
正在运行的任务期待某一事件的发生时也要等待，手段 是调用以下3个函数之一：OSSemPend()，OSMboxPend()， 或OSQPend()，调用后任务进入了等待状态（WAITING） 下一个优先级最高的、并进入了就绪态的任务立刻被赋 予了CPU的控制权
当所有的任务都在等待事件发生或等待延迟时间结束， μC/OS-Ⅱ执行空闲任务（idle task），执行OSTaskIdle() 函数
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《嵌入式系统设计》
任务切换
任务切换（context switching）
保存当前任务的上下文，并恢复需要执行的任务的上下文的过 程。
当发生任务切换时：
当前正在运行的任务的上下文就需要通过该任务的任务控制块 保存起来；
把需要投入运行的任务的上下文从对应的任务控制块中恢复出 来。
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任务1
实时内核调度程序 保存任务1的上下文到TCB1 …… 从TCB2恢复任务2的上下文
时间 任务2 《嵌入式系统设计》
保存任务2的上下文到TCB2 …… 从TCB1恢复任务1的上下文
任务1执行一段时间后，由于某种原因，需要进行任务切换，进入实时 内核的调度程序。调度程序首先把当前的上下文内容保存到任务 1的任 务控制块TCB1中，然后又把任务2的上下文从TCB2中恢复到CPU寄存器， 随后任务2得到执行。任务2执行一段时间后，由于某种原因，需要进行 任务切换，进入实时内核的调度程序。调度程序首先把当前的上下文内 容保存到任务2的任务控制块TCB2中，然后又把任务1的上下文从TCB1中 18 恢复到CPU寄存器，随后任务 1得到执行。 2014-10-6
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《嵌入式系统设计》
任务控制块是包含任务相关 信息的数据结构
包含了任务执行过程中所需要 的所有信息。
任务控制块大都包括以下信 息：
任务的名字 任务执行的起始地址 任务的优先级 任务的状态 任务的硬件上下文（堆栈指针、 PC和寄存器等）、任务的队 列指针等内容
2. 内核结构
基本知识：
任务参数 任务状态 任务切换
数据结构：
任务控制块
空任务链表 就绪任务链表
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《嵌入式系统设计》
系统调用：
任务调度函数OSSched() 调度器上锁和开锁函数OSSchedlock() /OSSchedUnlock() 空闲任务 OSTaskIdle() 统计任务 OSTaskStat() 中断处理 OSIntEnter() /OSIntExit() 时钟节拍 OSTickISR 获取当前μC/OS-Ⅱ的版本号OSVersion() μC/OS-Ⅱ初始化OSInit()
#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN
void
#endif INT16U INT8U INT8U
*OSTCBMsg;
OSTCBDly; OSTCBStat; OSTCBPrio;
#if OS_TASK_DEL_EN
BOOLEAN #endif } OS_TCB; OSTCBDelReq;

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《嵌入式系统设计》
任务状态
μC/OS-Ⅱ控制下的任务状态转换图。在任一给定的时刻， 任务的状态一定是在这五种状态之一。
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《嵌入式系统设计》
正在运行的任务可以通过调用两个函数之一将自身延迟 一段时间，函数为OSTimeDly()或OSTimeDlyHMSM()，这个 任务于是进入等待状态
OSTCBMsg是指向传给任务的消息的指针 ； OSTCBDly当需要把任务延时若干时钟节拍时要用到这个变量，或 者需要把任务挂起一段时间以等待某事件的发生 ； OSTCBStat是任务的状态字。当OSTCBStat为0，任务进入就绪态 ； OSTCBPrio是任务优先级 ； OSTCBDelReq是一个布尔量，用于表示该任务是否需要删除 ；
《嵌入式系统设计》
任务控制块
任务管理是通过对任务控制块（task control block，TCB） 的操作来实现的； 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-Ⅱ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；
《嵌入式系统设计》
第八讲（2） 内核结构
授课教师：李英祥
电邮地址：drliyingxiang@
《嵌入式系统设计》
主要内容
1. 几个概念
2. 内核结构
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《嵌入式系统设计》
1.几个概念
代码的临界段 共享资源
任务
关中断
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Free TCBs after OS_TCBInit() in ucOS
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《嵌入式系统设计》
就绪表
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，包括0和OS_LOWEST_PR1O在内； 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臵位。
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《嵌入式系统设计》
任务1 任务2 任务3 调度 程序 0 5 10 15 20 25 等待 30 35 40 就绪 50
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运行
在时刻8即发生了任务切换，任务1的上下文需要保存到任务1的任务 控制块中去。 经过调度程序的处理，在时刻10任务2投入运行，需要把任务2的任务 控制块中关于上下文的内容恢复到CPU的寄存器。
代码：一段可执行的程序 数据：程序所需要的相关数据（变量、工作空间、缓冲区等） 堆栈 程序执行的上下文环境
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《嵌入式系统设计》
High Priority Task Task
Task
Each Task
Event Event
Importance
Task
Task
μC/OS-Ⅱ的启动 OSStart()
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《嵌入式系统设计》
例： UCOSII中的任务内容
任务所包含的 程序通常为一 个具有无限循 环的程序 ； 或者一次执行
void YourTask (void *pdata) { for (;;){ /* USER CODE */ Call one of uC/OS-II’s services: OSFlagPend(); OSMboxPend(); OSMutexPend(); OSQPend(); OSSemPend(); OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF); OSTimeDly(); OSTimeDlyHMSM(); /* USER CODE */ } } void YourTask (void *pdata) { /* USER CODE */ OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); } 2014-10-6 12
Task
Infinite Loop
Low Priority Task
Task
Splitting an application into Tasks
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《嵌入式系统设计》
关中断
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 ；
《嵌入式系统设计》
任务参数
一个任务看起来像其它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