第三章 中斷與時鐘

嵌入式系統(tǒng)

EmbeddedSystem教師：白華郵箱：baihua2000@電話公室：4A-4092.2.4任務(wù)的其他管理函數(shù)堆棧檢驗：OSTaskStkChk()確定任務(wù)實際需要的堆棧空間大小刪除任務(wù)：OSTaskDel()任務(wù)休眠，任務(wù)代碼并未刪除，只是不再被調(diào)用請求刪除任務(wù)：OSTaskDelReq()改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級：OSTaskChangePrio()掛起任務(wù)：OSTaskSuspend()空閑任務(wù)不能被掛起恢復(fù)任務(wù)：OSTaskResume()被掛起的任務(wù)只能通過該函數(shù)恢復(fù)獲得任務(wù)信息：OSTaskQuery()獲得指定任務(wù)的OS_TCB中內(nèi)容的拷貝2.3例程解析共有10個任務(wù)在屏幕隨機的位置上顯示一個0~9的數(shù)字。每個任務(wù)只顯示同一個數(shù)字，也就是其中一個任務(wù)在隨機位置顯示0，另一個顯示1，等等。該例程目的在于演示mC/OS-II的多任務(wù)處理能力。#include"includes.h"includes.h是主控頭文件，包含所有相關(guān)的頭文件，從此可使用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)類型、系統(tǒng)函數(shù)和全局變量等。#defineTASK_STK_SIZE512#defineN_TASKS10定義兩個常數(shù)：TASK_STK_SIZE表示堆棧可容納的指針元數(shù)目；N_TASKS表示需要建立的任務(wù)數(shù)。OS_STKTaskStk[N_TASKS][TASK_STK_SIZE];OS_STKTaskStartStk[TASK_STK_SIZE];charTaskData[N_TASKS];OS_EVENT*RandomSem;定義不同類型的變量（或數(shù)組）voidTask(void*data);voidTaskStart(void*data);staticvoidTaskStartCreateTasks(void);staticvoidTaskStartDispInit(void);staticvoidTaskStartDisp(void);自定義函數(shù)聲明前往第17頁voidmain(void){

PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE+DISP_BGND_BLACK);

OSInit();PC_DOSSaveReturn();PC_VectSet(uCOS,OSCtxSw);RandomSem=OSSemCreate(1);OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0,&TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);OSStart();}PC_DispClrScr()為系統(tǒng)函數(shù)，具有清屏功能。（）中的參數(shù)表示前景色為白色，背景色為黑色。voidmain(void){PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE+DISP_BGND_BLACK);

OSInit();

PC_DOSSaveReturn();PC_VectSet(uCOS,OSCtxSw);RandomSem=OSSemCreate(1);OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0,&TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);OSStart();}非常重要的系統(tǒng)函數(shù)，執(zhí)行μC/OS-II的初始化。在使用μC/OS-II的所有服務(wù)之前，必須要調(diào)用μC/OS-II的初始化函數(shù)OSInit()對μC/OS-II自身的運行環(huán)境進行初始化。函數(shù)OSInit()將對μC/OS-II的所有的全局變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行初始化，同時創(chuàng)建空閑任務(wù)OSTaskIdle，并賦之以最低的優(yōu)先級別和永遠(yuǎn)的就緒狀態(tài)。如果用戶應(yīng)用程序還要使用統(tǒng)計任務(wù)的話（常數(shù)OS_TASK_STAT_EN=1），則OSInit()還要以優(yōu)先級別為OS_LOWEST_PRIO-1來創(chuàng)建統(tǒng)計任務(wù)。初始化函數(shù)OSInit()對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行初始化時，主要要創(chuàng)建5個空數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（任務(wù)控制塊、事件控制塊、消息隊列控制塊、標(biāo)志控制塊、存儲控制塊）。為了可以快速地查詢?nèi)蝿?wù)控制塊鏈表中的各個元素，初始化函數(shù)OSInit()還要創(chuàng)建一個數(shù)組OSTCBPrioTbl[OS_LOWEST_PRIO+1]，在這個數(shù)組中，按任務(wù)的優(yōu)先級別的順序把任務(wù)控制塊的指針存放在了對應(yīng)的元素中。2.3.1μC/OS-II的初始化（OSInit()函數(shù)）voidmain(void){PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE+DISP_BGND_BLACK);OSInit();PC_DOSSaveReturn();

PC_VectSet(uCOS,OSCtxSw);RandomSem=OSSemCreate(1);OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0,&TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);OSStart();}PC_DOSSaveReturn();/*返回到?jīng)]有運行mCOS-II之前的DOS環(huán)境*/PC_VectSet(uCOS,OSCtxSw);/*指定任務(wù)切換處理函數(shù)*/RandomSem=OSSemCreate(1);/*建立一個信號量*/信號量是由mC/OS-II提供的一種機制，用于防止多個任務(wù)同時訪問同一資源（如產(chǎn)生隨機數(shù)的函數(shù)）。這里信號量初值設(shè)置為1，通知mC/OS-II在某一時刻只有一個任務(wù)可以調(diào)用隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)。該信號量建立函數(shù)返回一個指向信號量的指針。OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0,&TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],0);/*在開始多任務(wù)之前，必須建立至少一個任務(wù)。這里建立了一個叫做TaskStart()的任務(wù)*/OSStart();/*將控制權(quán)交給mC/OS-II內(nèi)核，開始運行多任務(wù)*/2.3.2μC/OS-II的啟動（OSStart()函數(shù)）多任務(wù)的啟動是通過OSStart()實現(xiàn)的。在啟動mC/OS-II之前，至少須建立一個應(yīng)用任務(wù)。OSStart()函數(shù)完成以下兩個工作：從任務(wù)就緒表中找出用戶建立的優(yōu)先級最高的任務(wù)的任務(wù)控制塊，將該任務(wù)設(shè)為當(dāng)前任務(wù)。將上述任務(wù)的堆棧中保存的值彈回到CPU寄存器中，然后執(zhí)行一條中斷返回指令，強制執(zhí)行該任務(wù)代碼。當(dāng)OSStart()執(zhí)行后，即多任務(wù)啟動以后，系統(tǒng)將在用戶任務(wù)之間，或用戶任務(wù)與系統(tǒng)任務(wù)之間切換，不再返回到主函數(shù)main()。voidTaskStart(void*pdata){#ifOS_CRITICAL_METHOD==3OS_CPU_SRcpu_sr;#endifchars[100];INT16Skey;pdata=pdata;TaskStartDispInit();OS_ENTER_CRITICAL();PC_VectSet(0x08,OSTickISR);PC_SetTickRate(OS_TICKS_PER_SEC);OS_EXIT_CRITICAL();OSStatInit();TaskStartCreateTasks();與進入臨界段代碼的方式有關(guān)定義16位變量key，用于按鍵輸入本任務(wù)無參數(shù)傳遞，未使用pdata，但為了避免編譯器警告，故執(zhí)行該語句初始化屏幕顯示，作者自定義的函數(shù)，詳見光盤中的源程序代碼處理臨界段代碼1）處理臨界段代碼——關(guān)中斷處理完成后——開中斷

注：開/關(guān)中斷的方法與編譯器相關(guān)。2）μC/OS-II定義了兩個宏（macros）來開中斷和關(guān)中斷：OS_ENTER_CRITICAL()OS_EXIT_CRITICAL()這兩個宏的定義取決于微處理器，在文件OS_CPU.H中可以找到相應(yīng)的宏定義，而每種微處理器都有自己的OS_CPU.H2.3.3臨界段代碼（criticalsections）代碼的臨界段也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入，因此在進入臨界段之前必須關(guān)中斷，而臨界段代碼執(zhí)行完后，要立即開中斷。OS_ENTER_CRITICAL()、OS_EXIT_CRITICAL()具體實現(xiàn)方法有3種1）OS_CRITICAL_MATHOD＝1用處理器的關(guān)中斷指令完成OS_ENTER_CRITICAL()用處理器的開中斷指令完成OS_EXIT_CRITICAL()2）OS_CRITICAL_MATHOD＝2在堆棧中保存中斷的開/關(guān)狀態(tài)，然后再關(guān)中斷，實現(xiàn)OS_ENTER_CRITICAL()從堆棧中彈出原來的中斷開/關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)OS_EXIT_CRITICAL()＃defineOS_ENTER_CRITICAL()\asm(“pushpsw”)asm(“DI”)＃defineOS_EXIT_CRITICAL()\asm(“poppsw”)

3）OS_CRITICAL_MATHOD＝3一些編譯器提供了擴展功能，用戶可以得到當(dāng)前處理器狀態(tài)字的值，并保存在C函數(shù)的局部變量中，這個變量可以恢復(fù)PSW。#defineOS_ENTER_CRITICAL()\cpu_sr=get_processor_psw();\disable_interrupts();#defineOS_EXIT_CRITICAL()\set_processor_psw(cpu_sr);如果使用這種方式保護臨界段代碼，則須在應(yīng)用程序的相關(guān)函數(shù)中多定義一個局部變量cpu_sr。voidTaskStart(void*pdata){#ifOS_CRITICAL_METHOD==3OS_CPU_SRcpu_sr;#endifchars[100];INT16Skey;pdata=pdata;TaskStartDispInit();OS_ENTER_CRITICAL();PC_VectSet(0x08,OSTickISR);PC_SetTickRate(OS_TICKS_PER_SEC);OS_EXIT_CRITICAL();OSStatInit();TaskStartCreateTasks();把計算機本來為時鐘節(jié)拍提供的中斷服務(wù)程序替換成mC/OS-II需要用到的時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序設(shè)置時鐘節(jié)拍的頻率為200HzOS_TICKS_PER_SEC=200通過該函數(shù)得知處理器在運行所有應(yīng)用任務(wù)時實際的CPU使用率這是作者自定義的一個函數(shù)，其作用是建立更多的任務(wù)接上頁程序……for(;;){TaskStartDisp();if(PC_GetKey(&key)==TRUE){if(key==0x1B){PC_DOSReturn();}}OSCtxSwCtr=0;OSTimeDlyHMSM(0,0,1,0);}}無限循環(huán)作者自定義的顯示函數(shù)，在DOS窗口底部顯示任務(wù)數(shù)、CPU利用率等相關(guān)信息判斷是否有按鍵輸入如果按下鍵為Esc返回DOS環(huán)境如果沒有按下Esc鍵，記錄任務(wù)切換次數(shù)的全局變量OSCtxSwCtr清零，以便記錄下一秒內(nèi)發(fā)生的任務(wù)切換次數(shù)延時函數(shù)，（）中從左到右分別表示時、分、秒、毫秒。任務(wù)調(diào)用該函數(shù)將自身掛起1秒，交出CPU使用權(quán)，內(nèi)核開始調(diào)度，找到下一個最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)staticvoidTaskStartCreateTasks(void){INT8Ui;for(i=0;i<N_TASKS;i++){TaskData[i]='0'+i;OSTaskCreate(Task,(void*)&TaskData[i],&TaskStk[i][TASK_STK_SIZE-1],i+1);}}定義一個局部變量i返回第4頁給數(shù)組TaskData[]賦值，包含0~9的ASCII字符創(chuàng)建10個任務(wù)，任務(wù)代碼完全相同，每個任務(wù)接受一個指向字符數(shù)組中不同元素的指針，即每個任務(wù)接受了一個不同的字符（0~9）。每個任務(wù)需分配自己的堆棧空間，且擁有一個獨一無二的優(yōu)先級voidTask(void*pdata){INT8Ux,y,err;

for(;;){OSSemPend(RandomSem,0,&err);x=random(80);y=random(16);OSSemPost(RandomSem);PC_DispChar(x,y+5,*(char*)pdata,DISP_FGND_BLACK+DISP_BGND_LIGHT_GRAY);OSTimeDly(1);}}無限循環(huán)定義三個局部變量查詢信號量RandomSem，若該信號量正被其他任務(wù)占用，該任務(wù)被掛起，內(nèi)核開始調(diào)度。括號中第二個參數(shù)表示超時時限，這個值為0表示無限等待調(diào)用隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，返回一個0~79的數(shù)值調(diào)用隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，返回一個0~15的數(shù)值釋放信號量RandomSem在坐標(biāo)為(x,y+5)的位置顯示字符，前景色黑色，背景色淺灰色延遲一個時鐘節(jié)拍，延時期間該任務(wù)被掛起，內(nèi)核開始調(diào)度第三章μC/OS-II中斷和時鐘主要內(nèi)容μC/OS-II的中斷管理和中斷服務(wù)程序μC/OS-II的系統(tǒng)時鐘μC/OS-II的時間管理3.1μC/OS-II的中斷3.1.1、基本概念

中斷任務(wù)在運行過程中，應(yīng)內(nèi)部或外部異步事件的請求中止當(dāng)前任務(wù)，而去處理異步事件所要求的任務(wù)的過程

中斷服務(wù)子程序（InterruptServiceRoutines,ISR）應(yīng)中斷請求而運行的程序

中斷向量中斷服務(wù)子程序的入口地址3.1.2

mC/OS-II的中斷

中斷的優(yōu)先級高于任務(wù)；中斷嵌套可以多達255層；當(dāng)系統(tǒng)處于開中斷時，中斷才會響應(yīng)；只有所有中斷都完成后，才能返回到任務(wù)；進入中斷時，中斷服務(wù)子程序必須調(diào)用OSIntEnter（）；退出中斷時，中斷服務(wù)子程序必須調(diào)用OSIntExit（）。用戶中斷服務(wù)子程序流程保存全部CPU寄存器；調(diào)用OSIntEnter()或OSIntNesting直接加1；If(OSIntNesting==1){OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SP；}清中斷源；重新開中斷；執(zhí)行用戶代碼做中斷服務(wù)；調(diào)用OSIntExit()；恢復(fù)所有CPU寄存器；執(zhí)行中斷返回指令；進入中斷函數(shù)OSIntEnter()voidOSIntEnter(void){if(OSRunning==TRUE{if(OSIntNesting<255){OSIntNesting++;

}}}voidOSIntExit(void){#ifOS_CRITICAL_METHOD==3OS_CPU_SRcpu_sr;#endifOS_ENTER_CRITICAL();if(OSRunning==TRUE){if(OSIntNesting>0){OSIntNesting--;}if((OSIntNesting||OSLockNesting)==0){OSIntExitY=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];OSPrioHighRdy=(INT8U)((OSIntExitY<<3)+OSUnMapTbl[OSRdyTbl[OSIntExitY]]);if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur){OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];OSCtxSwCtr++;

OSIntCtxSw();/*調(diào)用中斷切換函數(shù)，而非任務(wù)切換函數(shù)*/}}}OS_EXIT_CRITICAL();}退出中斷函數(shù)OSIntExit()時鐘：任何操作系統(tǒng)都要提供一個周期性的信號源，以提供系統(tǒng)處理諸如延時、超時等與時間有關(guān)的事