uCOS-II任务间通讯和同步实验.
6
五
基础知识
uC/OS-II任务之间的通讯与同步方式
在µC/OS-II中，有多种方法可以保护任务之间的共享数
据和提供任务之间的通讯。
利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()来关闭中断和打开 中断。当两个任务或者一个任务和一个中断服务子程序共享某些数据
10五基础知识uC/OS-II中使用邮箱进行任务之间通讯
下面的代码每100个时钟节拍从TaskSEG中发送一个字符串， 在TaskLED中接收并打印出来。
11
五
基础知识
uC/OS-II中使用消息队列实现任务之间的通讯
消息队列是uC/OS-II中另一种通讯机制，它可以使一个任 务或者中断服务子程序向另一个任务发送以指针方式定义 的变量。因具体的应用有所不同，每个指针指向的数据结 构变量也有所不同。 uC/OS-II提供了7个对消息队列进行操作的函数：创建消 息队列函数OSQCreate()，等待消息队列函数OSQPend()， 先进先出(FIFO)发送消息函数OSQPost()，后进先出(LIFO) 发送消息函数OSQPostFront()，无等待获取消息函数 OSQAccept()，清空消息队列函数OSQFlush()和查询消息 队列函数OSQQuery()。
时，可以采用这种方法
利用函数OSSchedLock()和OSSchekUnlock()对µC/OS-II中的任务调度 函数上锁和开锁
信号量
邮箱 队列
7
五
基础知识
uC/OS-II中使用信号量
通过调用OSSemCreate()建立信号量，并对信号量的初始 计数值赋值。该初始值为0到65,535之间的一个数。如果 信号量是用来表示一个或者多个事件的发生，那么该信号 量的初始值应设为0。如果信号量是用于对共享资源的访 问，那么该信号量的初始值应设为1（例如，把它当作二 值信号量使用）。 通过调用OSSemPost()函数发送一个信号量，通过调用 OSSemPend()函数等待一个信号量。如果信号量当前是可 用的（信号量的计数值大于0），将信号量的计数值减1， 然后函数将“无错”错误代码返回给它的调用函数。如果 信号量的计数值为0，而OSSemPend()函数又不是由中断服 务子程序调用的，则调用OSSemPend()函数的任务要进入 睡眠状态，等待另一个任务（或者中断服务子程序）发出 该信号量。 8
JX44B0实验系统教案 uC/OS-II任务间通讯和同步实验
武汉创维特信息技术有限公司
2018/9/15
提纲
1
实验目的
2
实验内容
3 4
预备知识
实验设备
5
6
基础知识
实验过程
2
7
实验报告要求
一
实验目的
实验目的
掌握uC/OS-II操作系统下使用信号量解决任务之间的同步 问题 掌握uC/OS-II操作系统下任务间通讯的方法
五
基础知识
uC/OS-II中使用信号量进行任务之间同步
右边的代码使用两个信 号量实现了两个任务之 间的同步。信号量创建 的代码如下，信号量 Sem2初始为可用状态， 而信号量Sem1初始为不 可用状态。 Sem1 = OSSemCreate(0); Sem2 = OSSemCreate(1); 任务TaskLED必须等待 Sem2可用才能够继续往 下运行，而Sem2在 TaskSEG中发送。同样 TaskSEG必须等待Sem1可 用才能够继续往下运行， 而Sem1在TaskLED中发送， 这样就实现了程序中 “…”之间代码的顺序执 行，而不受OSTimeDly的 延时值的影响。 9
五
基础知识
uC/OS-II中使用邮箱
邮箱可使一个任务或者中断服务子程序向另一个任务发送 一个指针型的变量。该指针指向一个包含了特定“消息” 的数据结构。通过调用OSMboxCreate()函数来创建邮箱， 并指定指针的初始值。如果使用邮箱的目的是用来通知一 个事件的发生（发送一条消息），那么就要初始化该邮箱 为NULL，因为在开始时，事件还没有发生。如果用户用邮 箱来共享某些资源，那么就要初始化该邮箱为一个非NULL 的指针。在这种情况下，邮箱被当成一个二值信号量使用。 使用邮箱同样可以实现任务间的同步。 通过OSMboxPost()函数发送一个消息到邮箱中，通过 OSMboxPend()函数等待一个邮箱中的消息，如果邮箱中没 有可用的消息，OSMboxPend()的调用任务就被挂起，直到 邮箱中有了消息或者等待超时。
12
六
实验过程
实验过程
13
六
实验报告要求
实验报告要求
简述邮箱和信号量的作用?
简述邮箱和信号量的在ucOS中的是如何实现的？
14
3
二
实验内容
实验内容
使用信号量实现任务间同步 使用邮箱实现任务之间的通讯
4
三
预备知识
预备知识
了解操作系统任务调度的机制 了解操作系统任务间通讯的机制 学习uC/OS-II操作系统下多任务应用程序的编写方法
5
四
实验设备
实验设备
JX44B0教学实验箱 ADT1000仿真器和ADT IDE集成开发环境 串口连接线
uC_OS-II实验指导书2015 - 8
} OSQQuery(myQ,&myQData); printf("时间:%d，当前队列中消息数量：%d\n",OSTimeGet(),myQData.OSNMsgs); } }
实验 8 µC/OS-II 任务间通信设计
1 实验目的
掌握嵌入式实时操作系统µC/OS-II 中信号量、消息邮箱、消息队列机制的基本原理和使用方法。
2 实验内容
数据类型定义如下： typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned charpedef unsigned short INT16U; typedef signed short INT16S; typedef unsigned long INT32U; typedef signed long INT32S; typedef unsigned short OS_STK; 任务控制块的结构定义如下： typedef struct os_tcb {
if (myMBox==(OS_EVENT *)0) /*检查邮箱是否存在*/ {
2
printf("时间:%d，任务TaskMessageRec判定邮箱不存在!\n",OSTimeGet()); OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); /*不成功则删除本任务*/ return; }
while(1) {
prcount=(INT32U * )OSMboxPend(myMBox,0,perr); /*请求消息，如果消息不存在就阻塞*/ if (*perr==OS_ERR_NONE) printf("时间:%d，任务TaskMessageRec接收消息为%d\n",OSTimeGet(),*prcount); else printf("时间:%d，任务TaskMessageRec等待异常结束，错误号:%d\n",*perr);
北航ARM9实验报告：实验3uCOS-II实验
北航ARM9实验报告：实验3uCOS-II实验北航 ARM9 实验报告：实验 3uCOSII 实验一、实验目的本次实验的主要目的是深入了解和掌握 uCOSII 实时操作系统在ARM9 平台上的移植和应用。
通过实际操作，熟悉 uCOSII 的任务管理、内存管理、中断处理等核心机制，提高对实时操作系统的理解和应用能力，为后续的嵌入式系统开发打下坚实的基础。
二、实验环境1、硬件环境：ARM9 开发板、PC 机。
2、软件环境：Keil MDK 集成开发环境、uCOSII 源代码。
三、实验原理uCOSII 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务实时内核，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。
其基本原理包括任务管理、任务调度、时间管理、内存管理和中断管理等。
任务管理：uCOSII 中的任务是一个独立的执行流，每个任务都有自己的堆栈空间和任务控制块（TCB）。
任务可以处于就绪、运行、等待、挂起等状态。
任务调度：采用基于优先级的抢占式调度算法，始终让优先级最高的就绪任务运行。
时间管理：通过系统时钟节拍来实现任务的延时和定时功能。
内存管理：提供了简单的内存分区管理和内存块管理机制。
中断管理：支持中断嵌套，在中断服务程序中可以进行任务切换。
四、实验步骤1、建立工程在 Keil MDK 中创建一个新的工程，选择对应的 ARM9 芯片型号，并配置相关的编译选项。
2、导入 uCOSII 源代码将 uCOSII 的源代码导入到工程中，并对相关的文件进行配置，如设置任务堆栈大小、系统时钟节拍频率等。
3、编写任务函数根据实验要求，编写多个任务函数，每个任务实现不同的功能。
4、创建任务在主函数中使用 uCOSII 提供的 API 函数创建任务，并设置任务的优先级。
5、启动操作系统调用 uCOSII 的启动函数，使操作系统开始运行，进行任务调度。
6、调试与测试通过单步调试、查看变量值和输出信息等方式，对系统的运行情况进行调试和测试，确保任务的执行符合预期。
4、uCOS-II-任务同步与通信-2
Rx
Tx
UART
M_Dev
Rx
Tx
UART
S_Dev1
Rx
Tx
UART
S_Dev2
2020/8/23
page 7
void main(void) //系统主函数 { OSInit();
void Task_A(void * pdata) { ......; //Task_A环境初始化
for (;;) { ......; // Task_A 业务 OSTaskCreate(UART_S1_Task,(void *)US1,......); ......; // Task_A 业务 OSTimeDly( xxx ); } }
常用的事件：信号量（计数型---SEM/互斥型--MUTEX）、消息邮箱(MBOX)、消息队列(Q)、事件标 志组等。
2020/8/23 事件用 “事件控制块”（ECB） 来描述。
page 1
目录
1、 任务间的同步和事件控制块 2、 信号量及其操作 3、互斥型信号量和任务优先级反转 4、消息邮箱及其操作 5、消息队列及其操作
Task_A
Task_B
Task_A would print
Prtinter
Task_B would print
备注：数据采集任务A 和数据处理任务B 之间存在互斥关系。
2020/8/23
page 5
1 任务间的同步和事件控制块
任务之间的这种相互制约、相互合作的运行机 制称为 “任务间的同步”
uCOS-II任务间通讯和同步实验15页
二 实验内容
实验内容
使用信号量实现任务间同步 使用邮箱实现任务之间的通讯
4
三 预备知识
预备知识
了解操作系统任务调度的机制 了解操作系统任务间通讯的机制 学习uC/OS-II操作系统下多任务应用程序的编写方法
5
四 实验设备
实验设备
JX44B0教学实验箱 ADT1000仿真器和ADT IDE集成开发环境 串口连接线
JX44B0实验系统教案 uC/OS-II任务间通讯和同步实验
武汉创维特信息技术有限公司
11.01.2020
提纲
1
实验目的
2 实验内容
3 预备知识
4 实验设备
5 基础知识 6 实验过程 7 实验报告要求
2
一 实验目的
实验目的
掌握uC/OS-II操作系统下使用信号量解决任务之间的同步 问题
掌握uC/OS-II操作系统下任务间通讯的-II中使用消息队列实现任务之间的通讯
消息队列是uC/OS-II中另一种通讯机制，它可以使一个任 务或者中断服务子程序向另一个任务发送以指针方式定义 的变量。因具体的应用有所不同，每个指针指向的数据结 构变量也有所不同。
uC/OS-II提供了7个对消息队列进行操作的函数：创建消 息队列函数OSQCreate()，等待消息队列函数OSQPend()， 先进先出(FIFO)发送消息函数OSQPost()，后进先出(LIFO) 发送消息函数OSQPostFront()，无等待获取消息函数 OSQAccept()，清空消息队列函数OSQFlush()和查询消息 队列函数OSQQuery()。
12
六 实验过程
实验过程
13
六 实验报告要求
实验2 uCOS-II任务间通讯和同步实验
嵌入式实时操作系统实验报告1实验名称：uC/OS-II任务间通讯和同步实验姓名：班级：信科10-4班学号:uC/OS-II任务间通讯和同步实验一、实验目的1、掌握uC/OS-II操作系统下使用信号量解决任务之间的同步问题；2、掌握uC/OS-II操作系统下任务间通讯的方法。
二、实验内容1、使用信号量实现任务间同步（Eg2工程）2、使用邮箱实现任务之间的通讯（Eg3工程）三、基础知识uC/OS-II任务之间的通讯与同步方式1、利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()来关闭中断和打开中断2、利用函数OSSchedLock()和OSSchekUnlock()对µC/OS-II中的任务调度函数上锁和开锁3、信号量4、邮箱5、队列uC/OS-II中使用信号量进行任务之间同步1、通过调用OSSemCreate()建立信号量2、通过调用OSSemPost()函数发送一个信号量3、通过调用OSSemPend()函数等待一个信号量OSSemCreate1、Sem1 = OSSemCreate(0);2、参数为信号量的初始计数值赋值。
该初始值为0到65,535之间的一个数。
3、如果信号量是用来表示一个或者多个事件的发生，那么该信号量的初始值应设为0。
4、如果信号量是用于对共享资源的访问，那么该信号量的初始值应设为1（例如，把它当作二值信号量使用）。
5、如果该信号量是用来表示允许任务访问n个相同的资源，那么该初始值显然应该是n，并把该信号量作为一个可计数的信号量使用。
OSSemPost和OSSemPend1、如果信号量当前是可用的（信号量的计数值大于0），将信号量的计数值减1，然后函数将“无错”错误代码返回给它的调用函数。
如果信号量的计数值为0，而OSSemPend()函数又不是由中断服务子程序调用的，则调用OSSemPend()函数的任务要进入睡眠状态，等待另一个任务（或者中断服务子程序）发出该信号量。
第7章uCOS-II操作系统实验
第7章uCOS-II操作系统实验第7章μC/OS-II操作系统实验7.1 实验目的掌握μC/OS-II操作系统的基本使用方法。
掌握μC/OS-II操作系统中时钟节拍的概念和方法。
掌握μC/OS-II操作系统的任务管理的机制。
掌握μC/OS-II操作系统的任务之间进行通讯的方法。
掌握使用标准库函数和μC/OS-II操作系统编写多任务程序的设计方法。
7.2 实验内容（1）设计具有串口通信功能的多任务程序●每个任务在运行时向上位机串口输出“Taskx is running”，x 为任务号；●至少创建除启动任务外的3个任务；●任务1和任务2根据延时运行，运行1次任务1之后运行2次任务2；●任务1运行5次后删除任务1；●任务2运行10次后，通过挂起和恢复方式，任务2执行3次后执行一次任务3。
（2）设计基于邮箱消息的多任务程序●每个任务在运行时向上位机串口输出“Taskx is running”，x 为任务号；●至少创建除启动任务外的2个任务；●任务1根据延时运行；●任务2由串口命令运行（一个任意字符运行一次）或定时器触发运行（邮箱消息方式）；●发挥：能够基于ucos-II设计一个显示任务，显示动画。
7.3 实验步骤（1）设计具有串口通信功能的多任务程序。
设计多任务方案、分析功能、设计流程图、确定变量功能和作用域、编写程序、调试代码、记录实验结果。
（2）设计基于邮箱消息的多任务程序。
设计多任务方案、设计通讯方案、分析功能、设计流程图、确定变量功能和作用域、编写程序、调试代码、记录实验结果。
7.4 实验结果附设计方案、流程图、程序的执行结果7.5 实验总结总结实验经验、总结中断服务程序的编写方法、分析程序中的缺陷及改进的方法。
7.6多任务例程Main.c的代码#include#define STACK_SIZE 128static OS_STK MyTask1Stack[STACK_SIZE];static OS_STK MyTask2Stack[STACK_SIZE];static OS_STK StartTaskStack[STACK_SIZE];#define MYTASK1_PRIO 10#define MYTASK2_PRIO 15#define STARTTASK_PRIO 8void MyTask1(void* p_arg);void MyTask2(void* p_arg);void StartTask(void* p_arg);void GPIO_Conf(void);int main(void){OSInit();OSTaskCreate(StartTask,(void*)0,(OS_STK*)&StartTaskStack[S TACK_SIZE-1],STARTTASK_P RIO);OSStart();void GPIO_Conf(){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE );GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);}void StartTask(void* p_arg){GPIO_Conf();SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);OSTaskCreate(MyTask1,(void*)0,(OS_STK*)&MyTask1Stack[STACK_SIZE-1],MYTASK1_PRIO);OSTaskCreate(MyTask2,(void*)0,(OS_STK*)&MyTask2Stack[STACK_SIZE-1],MYTASK2_PRIO);OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);}void MyTask1(void* p_arg){while(1){GPIO_WriteBit(GPIOF,GPIO_Pin_6,(BitAction)(1-GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_ Pin_6)));OSTimeDly(1000);}void MyTask2(void* p_arg){while(1){GPIO_WriteBit(GPIOF,GPIO_Pin_7,(BitAction)(1-GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,GPIO_ Pin_7)));OSTimeDly(100);}}。
4、uCOS-II-任务同步与通信-1
禁止,然后允许任务切换 :利用μC/OS_Ⅱ 函数调用
Entry section (进入区)
Critical section (临界区)
Exit section (退出区)
Remainder section (剩余区)
Until false
2020/8/23
OSSchedLock();
if (OSRunning == TRUE) { /* Make sure multitasking is running */ OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSLockNesting < 255) { /* Prevent OSLockNesting from wrapping
互斥信号量状态图
释放(递归) 锁定数减1
page 21
互斥信号量
所有权：当一个任务通过获取互斥信号量 而将其锁定时，得到该互斥信号量的所有 权。相反，当一个任务释放信号量时，失 去对其的所有权。
当一个任务拥有互斥信号量时，其他的任 务不能再锁定或释放它，即任务要释放互 斥信号量，必须事前先获取该信号量。
这通常称作测试并置位(Test-And-Set),或称作TAS。 TAS操作可能是微处理器的单独一条不会被中断的 指令，或者是在程序中关中断做TAS操作再开中断。
有的微处理器有硬件的TAS指令(如Motorola 68000系列,就 有这条指令)
2020/8/23
page 14
访问临界资源
Repeat
当运行到P1:request(D2)时，P1占用D1,但D2已经被P2占用， P1阻塞； 当运行到P2:request(D1)时，也将因为D1已被P1占用而阻塞， 产生死锁(条件： P1:request(D1), P2:request(D2))。 死锁：多个任务在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。 原因：竞争资源引起；任务间推进顺序非法。
uCOS-II操作系统简介及实验解读
uC/OS-II操作系统
uC/OS-II操作系统简介 及开发过程
uC/OS-II操作系统
内 容
• • • • • • • •
一、 uCOS-II操作系统简介 二、 uCOS-II操作系统内核结构
三、 uCOS-II操作系统任务管理
四、 uCOS-II操作系统内存管理 五、 uCOS-II操作系统时间管理 六、 uCOS-II操作系统任务间的通讯 七、 uCOS-II操作系统移植 八、 uCOS-II操作系统实验
}任务（task）
•
μC/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务。
优先级为0-63 优先级号越低，任务的优先级越高。 每个任务的优先级不能相同。
•
保留优先级:
高优先级：0、1、2、3 低优先级：OS_LOWEST_PRIO-3、 OS_LOWEST_PRI0-2，OS_LOWEST_PRI0-1以及 OS_LOWEST_PRI0
•
用户可以有多达56个应用任务。
uC/OS-II操作系统
删除任务
2.3 任务状态
等待 或挂 起 收 到 消 息
挂 起 时 间 到 任务调度
等 待 消 息
挂 起
中断
创建任务
休眠
删除任务
就绪
任务被抢占
删除任务
运行
中断结束
中断 服务
uC/OS-II操作系统
任务状态
• • • • • •
休眠态 - OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt() 就绪态 等待态,就绪态,运行态 - OSTaskDel() - 休眠态 就绪态 - OSStart() - 运行态 运行态 - OSTimeDly()或OSTimeDlyHMSM() , OSSemPend()，OSMboxPend()，或OSQPend() 等待态 等待态 - OSTimeTick() -就绪态 空闲任务 - OSTaskIdle()
实验二-UCOS-II任务管理
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。
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。
4、uCOS-II-任务同步与通信-1
POST
任务与ISR 之间的同步 （单向）
任务与任务 之间的同步 （双向）
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在嵌入式多任务系统中，任务间的耦合 程度是不一样的：
耦合程度较高：任务之间需要进行大量的通 信，相应的系统开销较大；
耦合程度较低：任务之间不存在通信需求， 其间的同步关系很弱甚至不需要同步或互斥， 系统开销较小。
Exit section (退出区)
Remainder section (剩余区)
Until false
2020/8/23
关中断和开中断:利用μC/OS_Ⅱ 宏调用
OS_ENTER_CRITICAL();
__asm { MRS temp, SPSR ORR temp, temp, #NoInt MSR SPSR_c, temp } OsEnterSum++;
双向同步或通信：两个任务相互同步或通信。 双向同步不能在任务与ISR之间进行，因为 ISR不能等待。
2020/8/23
page 7
Task x
POST
ISR x
POST
POST
Task x
PEND
2020/8/23
PEND
Task y
任务与任务 之间的同步 （单向）
PEND
Task y
PEND