嵌入式操作系统uCOS2

课程名称：嵌入式实时操作系统操作系统名：µCOS-II实时操作系统学生姓名：张琴班级学号：SX11030242012年3月μC/OS-II实时操作系统1. 嵌入式实时操作系统μC/OS-II内核分析1.1 μC/OS-II简介μC/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式、支持多任务的实时操作系统，最初是由Jean brosse先生撰写的，前身是μC/OS。

应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等。

μC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。

CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。

用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将μC/OS-II 嵌人到开发的产品中。

μC/OS-II 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，最小内核可编译至2KB 。

μC/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。

1.2 μC/OS-II内核结构在多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每一个任务分配CPU 时间及其相关的资源，并且负责任务之间的通信。

内核提供的基本服务是任务切换。

使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。

内核提供必不可少的系统服务。

μC/OS-II它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。

没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。

但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。

uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管理，中断管理等。

接下来从几方面对μC/OS-II的内核作出介绍：①临界区的处理机制所谓临界区，即多个任务共享的资源，在某一时刻只允许一个任务访问。

μC/OS-II在处理临界区时，代码需要关中断，处理完毕后再开中断，以避免同时有其他任务或中断服务进入临界区代码。

μC/OS-II提供了两个宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()来实现对临界区的排他性操作。

②任务定义及状态μC/OS-II的任务是一个无限的循环，一个任务可以有返回类型，有形式参数变量，但是任务是绝不会返回的。

当任务完成以后，任务可以自我“删除”，即μC/OS-II不理会这个任务了，这个任务的代码也不会再运行。

μC/OS-II可以管理多达64个任务，其中空任务(IDLE)和统计任务(STATISTICS)被系统占用。

任务在建立时必须被赋予不同的优先级，优先级的数值越小，则任务的优先级越高。

μC/OS-II总是运行进入就绪状态的优先级最高的任务。

图2.1给出了μC/OS-II控制下的任务状态转换过程。

在任一时刻，任务的状态一定是这五种状态之一。

③任务控制块OS_TCBμC/OS-II中是采用任务控制块的方式对任务进行管理的。

任务控制块在任务被建立时赋值，它是一个数据结构，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。

而当任务重新得到CPU使用权时，任务控制块能确保重庆大学硕士学位论文实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ内核分析④就绪表每一个任务的就绪态标志都放入就绪表中，就绪表中有两个变量OSRdyGrp 和OSRdyTbl[]。

在OSRedyGrp中，任务按优先级分组，8个任务为一组。

OSRedyGrp 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。

μC/OS-II就是利用就绪任务表对任务进行优先级的调度。

如果任务被删除，则该任务在表中相应优先级的位置要清零。

⑤任务调度μC/OS-II总是运行就绪态任务中优先级最高的那一个，任务调度由函数OSSched()来完成。

任务如果在中断服务子程序中调用OSSched()，此时中断嵌套层数OSIntNesting>0，或者由于用户至少调用了一次给任务调度上锁的函数OSSchedLock()，使OSLockNesting>0，则调度不允许。

如果不是在中断服务子程序中调用OSSched()，并且任务调度是允许的，即没有上锁，则任务调度函数查找就绪任务表，将找出那个进入就绪态且优先级最高的任务。

一旦找到那个优先级最高的任务，OSSched()检验这个优先级最高的任务是不是当前正在运行的任务，以此来避免不必要的任务调度。

重庆大学硕士学位论文实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ内核分析⑥中断处理μC/OS-II中，中断服务子程序将全部CPU寄存器推入当前任务栈。

μC/OS-II 允许中断嵌套，由中断嵌套层数计数器OSIntNesting跟踪嵌套层数。

处理完中断服务后，μC/OS-II调用函数OSIntExit()通知内核，到了返回任务级代码的时候了，于是OSIntExit()将OSIntNesting减一。

当OSIntNesting为零时，μC/OS-II要判定有没有优先级较高的任务进入了就绪态，若有，μC/OS-II就返回到那个高优先级的任务，如果调度被禁止了(OSIntNesting>0)，μC/OS-II将被返回到被中断了的任务。

⑦时钟节拍μC/OS-II需要用户提供周期性信号元，用于实现时间延时和确认超时。

时钟节拍频率可在μC/OS-II的配置文件中配置，时钟节拍率越高，系统的额外负荷就越重，时钟节拍源可以是专门的硬件定时器。

应用程序必须在多任务系统启动以后再启动时钟节拍源计时，也就是在调用OSStart()之后。

1.3 任务管理μC/OS-II可以管理多达64个任务，并从中保留了四个最高优先级和四个最低优先级的任务供自己使用，所以用户可以使用的只有56个任务。

任务的优先级越高，反映优先级的值则越低。

其中0 为最高优先级，63为最低级。

uC/OS-II 提供了任务管理的各种函数调用，包括创建任务，删除任务，改变任务的优先级，任务挂起和恢复等。

任务管理中最重要的数据结构是任务控制块OS_TCBtypedef struct os_tcb{OS_STK*OSTCBStkPtr;/*当前栈顶指针*/#if OS_TASK_CREATE_EXT_ENVoid*OSTCBExtPtr;/*指向用户定义数据的指针*/OS_STK*OSTCBStkBottom;/*栈底指针*/INT32U OSTCBStksize;/*堆栈大小*/INT16U OSTCBOpt;/*任务选项*/INT16U OSTCBId;/*任务ID(0..65535)*/#endifstruct os_tcb*OSTCBNext;/*指向TCB链中下一TCB块的指针*/strtuct os_tcb*OSTCBPrev;/*指向TCB链中上一TCB块的指针*/#if(OS_Q_EN&&(OSJ_MAX_QS>=2))||OS_MBOX_EN||OS_SEM_ENOS_EVENT*OSTCBEventPtr;/*事件控制块指针*/#endif#if(OS_Q_EN&&(OSJ_MAX_QS>=2))||OS_MBOX_ENVoid*OSTCBMsg;/*从OSMboxPost()或OSQPost()收到的消息*/#endifINT16U OSTCBDly;/*延迟时间*/INT8U OSTCBStat;/*任务状态*/INT8U OSTCBPrio;/*任务优先级(0..63)*/INT8U OSTCBX;/*根据任务优先级指出就绪组(0..7)*/INT8U OSTCBY;/*根据任务优先级指出就绪表*/INT8U OSTCBBitX;/*就绪表的位掩码*/INT8U OSTCBBitY;，/*就绪组的位掩码*/#if OS_TASK_DEL_ENB00LEAN OSTCBDelReq;/*指出一个任务是否要删除本身*/#endif}OS_TCB一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将被赋值。

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，任务控制块确保任务从当时被中断的那一点继续执行。

OS_TCB全部驻留在RAM中。

建立任务：用户可以通过传递任务地址和其它参数到以下两个函数之一来建立任务OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()，OSTaskCreate()与μC/OS-II向下兼容，OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的扩展版本，提供了一些附加功能。

在开始任务调度(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。

程序清单OSTaskCreate()INT8U OSTaskCreate(void(*task)(void*pd)，void*pdata，OS_STK INT8U prio) {void*psp;INT8U err;If(prio>OS_LOWEST_PRIO){return(OS_PRIO_INVALID);}OS_ENTER_CRITICAL();If(OS_TCBPrioTbl[prio]=(OS_TCB*)0){//在规定的优先级上还没有建立任务OSTCBPrioTbl[priol=(OS_TCB*)1;OS_EXIT_CRITICAL();psp=(void*)OSTaskStklnit(task，pdata，ptos，0);err=OSTCBInlt(prio，psp，(void*)O，O，0，(void*)0，0If(err==OS_NO_ERR){OS_ENTER_CRITICAL();OSTaskCtr++;OSTaskCreateHook(OSTCBPrioTbl[prio];OS_EXIT_CRITICAL();If(OSRunning){OSSched();}}else{OS_ENTER_CRITICAL();OSTCBPrioTbl[prio]=(OS_TCB*)0;OS_EXIT_CRITICAL();}Return(err);}else{OS_EXIT_CRITICAL();return(OS_PRIO_EXIST);}}任务堆栈：每个任务都有自己的堆栈空间。