uCOS嵌入式開發(fā)教學(xué)教程

WhatisuC/OS?u:MicroC:controluC/OS:適合于小的、控制器的操作系統(tǒng)小巧公開源代碼，詳細(xì)的注解可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核可移植性強(qiáng)多任務(wù)

確定性TheStoryofuC/OS

美國(guó)人JeanLabrosse1992年編寫的商業(yè)軟件的昂貴應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等1998年uC/OS-II，目前的版本uC/OS-IIV2.51概要內(nèi)核結(jié)構(gòu)-任務(wù)以及調(diào)度機(jī)制任務(wù)間通信uC/OS的移植在PC機(jī)上運(yùn)行uC/OS任務(wù)task典型的一個(gè)無(wú)限循環(huán)。voidmytask(void*pdata){for(;;){dosomething;waiting;dosomething;}}支持64個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)越高，數(shù)字越小系統(tǒng)占用了兩個(gè)任務(wù)，空閑任務(wù)和統(tǒng)計(jì)任務(wù)。任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—任務(wù)控制塊任務(wù)控制塊OS_tcb，包括任務(wù)堆棧指針，狀態(tài)，優(yōu)先級(jí)，任務(wù)表位置，任務(wù)鏈表指針等。所有的任務(wù)控制塊分為兩條鏈表，空閑鏈表和使用鏈表。OSTCBFreeListTCB0TCB1TCBn新任務(wù)TCB(1)空(2)(3)prenext圖4.3TCB的雙向鏈表結(jié)構(gòu)任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu)Structos_tcb{

OS_STK*OSTCBStkPtr;structos_tcb*OSTCBNext;structos_tcb*OSTCBprev;OS_EVENT*OSTCBEventPtr;void*OSTCBMsg;INT16UOSTCBDly;INT8UOSTCBStat;INT8UOSTCBPrio;INT8UOSTCBX,OSTCBY,OSTCBBitX,OSTCBBitY;}OS_TCB任務(wù)的狀態(tài)任務(wù)的狀態(tài)

OSTCBStat運(yùn)行，就緒，等待，掛起…可以有多個(gè)準(zhǔn)備就緒的任務(wù)，但一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)可以運(yùn)行，OSHighRdy掛起隊(duì)列郵箱信號(hào)量低四位OSTCBStat任務(wù)的調(diào)度--OSScheduC/OS是占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)一旦準(zhǔn)備就緒，則擁有CPU的所有權(quán)開始投入運(yùn)行。uC/OS中不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法，每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)要求不一樣且是唯一的，所以任務(wù)調(diào)度的工作就是：查找準(zhǔn)備就緒的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)并進(jìn)行上下文切換。任務(wù)的調(diào)度就緒任務(wù)表：用于存貯每個(gè)任務(wù)的就緒狀態(tài)標(biāo)志。由兩個(gè)變量組成：OSRedyGrp：8位，每位表示一組（8個(gè)）任務(wù)中是否有就緒的任務(wù)。OSRdyTbl[]：位圖方式表示某個(gè)任務(wù)是否就緒。就緒狀態(tài)標(biāo)志Bit0inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[0]is1.Bit1inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[1]is1.Bit2inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[2]is1.Bit3inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[3]is1.Bit4inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[4]is1.Bit5inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[5]is1.Bit6inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[6]is1.Bit7inOSRdyGrp

is1whenanybitinOSRdyTbl[7]is1.根據(jù)優(yōu)先級(jí)找到任務(wù)在就緒任務(wù)表中的位置根據(jù)優(yōu)先級(jí)確定就緒表假設(shè)優(yōu)先級(jí)為12的任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，12=1100b,則OSRdyTbl[1]的第4位置1，且OSRdyGrp的第1位置1，相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:OSRdyGrp|=0x02；

OSRdyTbl[1]|=0x10;而優(yōu)先級(jí)為21的任務(wù)就緒21=10101b，則OSRdyTbl[2]的第5位置1，且OSRdyGrp的第2位置1,相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

OSRdyGrp|=0x04；

OSRdyTbl[2]|=0x20;根據(jù)優(yōu)先級(jí)確定就緒表從上面的計(jì)算我們可以得到:若第n位置1，則應(yīng)該與2n相或。uC/OS中，把2n的n=0-7的8個(gè)值

先計(jì)算好存在數(shù)組OSMapTbl[7]中,也就是：OSMapTbl[0]=20=0x1;OSMapTbl[1]=21=0x2;

……

OSMapTbl[7]=27=0x80;根據(jù)優(yōu)先級(jí)確定就緒表利用OSMapTbl，通過(guò)任務(wù)的識(shí)別號(hào)-優(yōu)先級(jí)prio來(lái)設(shè)置任務(wù)在就緒組和就緒表數(shù)組中相應(yīng)位置的數(shù)學(xué)式為：OSRdyGrp|=OSMapTbl[prio>>3];OSRdyTbl[prio>>3]|=OSMapTbl[prio&0x07];假設(shè)優(yōu)先級(jí)為12，1100bOSRdyGrp|=0x02；OSRdyTbl[1]|=0x10;根據(jù)就緒表確定最高優(yōu)先級(jí)（1）兩個(gè)關(guān)鍵:優(yōu)先級(jí)數(shù)分解為高三位和低三位分別確定；高優(yōu)先級(jí)有著小的優(yōu)先級(jí)號(hào)；根據(jù)就緒表確定最高優(yōu)先級(jí)（2）通過(guò)OSRdyGrp值確定高3位，假設(shè)為0x24=100100b,---〉OSRdyTbl[2]和OSRdyTbl[5]，高優(yōu)先級(jí)為2通過(guò)OSRdyTbl[2]的值來(lái)確定低3位，假設(shè)為0x12=010010b，---〉第2個(gè)和第5個(gè)任務(wù)，取高優(yōu)先級(jí)第2個(gè)----〉17源代碼中使用了查表法查表法具有確定的時(shí)間，增加了系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性，uC/OS中所有的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)間都是確定的High3=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];Low3=OSUnMapTbl[OSRdyTbl[High3]];Prio=(Hign3<<3)+Low3;？為什么頻繁的使用查表法？請(qǐng)問(wèn)OSUnMapTbl的來(lái)歷；INT8UconstOSUnMapTbl[]={0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,7,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0};任務(wù)間通信手段提供OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL來(lái)對(duì)臨界資源進(jìn)行保護(hù)OSSchedLock()禁止調(diào)度保護(hù)任務(wù)級(jí)的共享資源。提供了經(jīng)典操作系統(tǒng)任務(wù)間通信方法：信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列，事件標(biāo)志。

事件控制塊ECB

所有的通信信號(hào)都被看成是事件(event),一個(gè)稱為事件控制塊(ECB,EventControlBlock)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表征每一個(gè)具體事件，ECB的結(jié)構(gòu)如下：程序4.5ECB的結(jié)構(gòu)如下

---------------------------------------------------------------------typedefstruct{void*OSEventPtr;/*指向消息或消息隊(duì)列的指針*/INT8UOSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];/*等待任務(wù)列表*/INT16UOSEventCnt;/*計(jì)數(shù)器（當(dāng)事件是信號(hào)量時(shí)）*/INT8UOSEventType;/*事件類型：信號(hào)量、郵箱等*/INT8UOSEventGrp;/*等待任務(wù)組*/}OS_EVENT;

與TCB類似的結(jié)構(gòu)，使用兩個(gè)鏈表，空閑鏈表與使用鏈表信號(hào)量semaphoreuC/OS中信號(hào)量由兩部分組成：信號(hào)量的計(jì)數(shù)值和等待該信號(hào)任務(wù)的等待任務(wù)表。信號(hào)量的計(jì)數(shù)值可以為二進(jìn)制,也可以是其他整數(shù)。系統(tǒng)通過(guò)OSSemPend()和OSSemPost()來(lái)支持信號(hào)量的兩種原子操作P()和V()。P()操作減少信號(hào)量的值，如果新的信號(hào)量的值不大于0,則操作阻塞；V()操作增加信號(hào)量的值。

中斷與時(shí)鐘節(jié)拍我們知道：當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，首先應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，將CPU寄存器入棧，再處理中斷函數(shù)，然后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，將CPU寄存器出棧，最后執(zhí)行中斷返回iret(x86)指令實(shí)現(xiàn)中斷返回。

uC/OS中提供了OSIntEnter()和OSIntExit()告訴內(nèi)核進(jìn)入了中斷狀態(tài)。OSIntNesting

時(shí)鐘節(jié)拍是一種特殊的中斷，操作系統(tǒng)的心臟。首先32位的整數(shù)OSTime加一。對(duì)任務(wù)列表進(jìn)行掃描，判斷是否有延時(shí)任務(wù)應(yīng)該處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，最后進(jìn)行上下文切換。多任務(wù)的啟動(dòng)首先創(chuàng)建任務(wù)最后調(diào)用OSStart開始多任務(wù)調(diào)度voidmain(){OSInit();…..OSTaskcreat()…..OSStart();}任務(wù)的格式每個(gè)任務(wù)不能占用全部CPU的資源需要有等待，或延時(shí)等系統(tǒng)調(diào)用典型的一個(gè)無(wú)限循環(huán)。voidmytask(void*pdata){for(;;){dosomething;waiting;dosomething;}}揭開神秘的面紗—任務(wù)調(diào)度全程追蹤Forexample1創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)僅僅是進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)不同的時(shí)間片，不同優(yōu)先級(jí)voidTask1(void)voidTask2(void){{ while(1)while(1) {{ blinkled1(); blinkled2(); Task1Data++; Task2Data++;OSTimeDly(25);OSTimeDly(50);}}}}voidmain(){ sysinit(); OSInit(); OSTaskCreate(Task1,(void*)&Task1Data,(void*)&Task1Stk[TASK_STK_SIZE],Task1prio); OSTaskCreate(Task2,(void*)&Task2Data,(void*)&Task2Stk[TASK_STK_SIZE],Task2prio);ticker_start(OS_TICKS_PER_SEC); OSStart();} voidOSStart(void){INT8Uy,x;if(OSRunning==FALSE){判斷是否沒(méi)有啟動(dòng)內(nèi)核

y=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];x=OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];OSPrioHighRdy=(INT8U)((y<<3)+x);找到優(yōu)先級(jí)最高的準(zhǔn)備就緒任務(wù)

OSPrioCur=OSPrioHighRdy;當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)

OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)找到任務(wù)

OSTCBCur=OSTCBHighRdy;OSStartHighRdy();讓優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)運(yùn)行起來(lái)}}OSStartHighRdy: bl OSTaskSwHook

用戶自定義函數(shù)把OSRunning設(shè)為1 li r0,1 lis r11,OSRunning@ha stb r0,OSRunning@l(r11)獲取準(zhǔn)備運(yùn)行的任務(wù)TCB指針

lis r11,OSTCBHighRdy@ha lwz r11,OSTCBHighRdy@l(r11)設(shè)置當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)TCB lis r12,OSTCBCur@ha stw r11,OSTCBCur@l(r12)獲取新的任務(wù)的堆棧指針

lwz r1,0(r11)恢復(fù)新任務(wù)的上下文

lwz r2,XR2(r1)....... rfivoidOSTimeDly(INT16Uticks){if(ticks>0){確保tick大于0OS_ENTER_CRITICAL();進(jìn)入臨界段代碼

if((OSRdyTbl[OSTCBCur->OSTCBY]&=~OSTCBCur->OSTCBBitX)==0){/*Delaycurrenttask*/OSRdyGrp&=~OSTCBCur->OSTCBBitY;設(shè)置任務(wù)為非就緒狀態(tài)

}OSTCBCur->OSTCBDly=ticks;在TCB中裝載延時(shí)數(shù)

OS_EXIT_CRITICAL();退出臨界段代碼

OSSched();調(diào)度下一個(gè)任務(wù)開始運(yùn)行

}}voidOSSched(void){INT8Uy;OS_ENTER_CRITICAL();if((OSLockNesting|OSIntNesting)==0){調(diào)度鎖，或者處于中斷狀態(tài)禁止調(diào)度

y=OSUnMapTbl[OSRdyGrp];OSPrioHighRdy=(INT8U)((y<<3)+OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

獲取準(zhǔn)備就緒組里最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)

if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur){OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];

設(shè)置運(yùn)行任務(wù)為最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)

OSCtxSwCtr++;OS_TASK_SW();執(zhí)行上下文切換

}}OS_EXIT_CRITICAL();}OS_TASK_SW任務(wù)的上下文切換通過(guò)sc系統(tǒng)調(diào)用指令完成保護(hù)當(dāng)前任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)新任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行中斷返回指令開始執(zhí)行新的任務(wù)什么也不做的空閑任務(wù)只是為了消耗CPU的時(shí)間片voidOSTaskIdle(){for(;;){OS_ENTER_CRITICAL();OSIdleCtr++;OS_EXIT_CRITICAL();}}voidOSTimeTick(void){OS_TCB*ptcb;ptcb=OSTCBList;---OSTCB鏈表指針while(ptcb->OSTCBPrio!=OS_IDLE_PRIO){看是不是空閑任務(wù)，空閑任務(wù)是最后的任務(wù)

if(ptcb->OSTCBDly!=0){是否延時(shí)

if(--ptcb->OSTCBDly==0){延時(shí)減一，看是否延時(shí)結(jié)束

if(!(ptcb->OSTCBStat&OS_STAT_SUSPEND)){OSRdyGrp|=ptcb->OSTCBBitY;是的話將其列入準(zhǔn)備就緒表

OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY]|=ptcb->OSTCBBitX;}else{ptcb->OSTCBDly=1;}}}ptcb=ptcb->OSTCBNext;指針指向下一個(gè)TCB結(jié)構(gòu)

}OSTime++;變量加一，記錄系統(tǒng)啟動(dòng)以來(lái)的時(shí)鐘滴答數(shù)

}OSTimeTick(void)

令指針指向第一個(gè)任務(wù)是否是空閑任務(wù)？任務(wù)是否存在延時(shí)？