嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOSII原理及應(yīng)用習(xí)題答案

第一章

1.什么是計算機的操作系統(tǒng)？它應(yīng)具備什么功能？

操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)是控制其他程序運行，管理系統(tǒng)資源并為用戶提供操作界面的系統(tǒng)軟件

的集合。

功能：計算機資源的管理，包括處理器管理、存儲器存儲空間管理、外部輸入輸出(I/O)設(shè)備

管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)和通信管理、提供用戶接口。

2.簡述嵌入式系統(tǒng)與普通操作系統(tǒng)的區(qū)別。

嵌入到對象體系中,為實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)具有的特點是：高瓦靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，系統(tǒng)仍然能夠

正常工作；許多嵌入式應(yīng)用要求實時性，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)具有實時處理能力；嵌入

式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機地結(jié)合在一起，它的升級換代也是具體產(chǎn)品同步進行；嵌入式系統(tǒng)中

的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要

求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

4.什么是實時系統(tǒng)？

如果?個系統(tǒng)能及時響應(yīng)外部事件的請求，并能在規(guī)定的時間內(nèi)完成對事件的處理，這種系

統(tǒng)稱為實時系統(tǒng)。

第二章

1.什么是可剝奪型內(nèi)核？

可剝奪型內(nèi)核采用與不可剝奪型不同的調(diào)度策略，最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，就能獲得

CPU的控制權(quán)而得以運行，不管當前運行的任務(wù)處于何種狀態(tài)?？蓜儕Z型內(nèi)核采用的搶占式

的調(diào)度策略，總是讓優(yōu)先級最高的任務(wù)運行，直到其阻塞或任務(wù)完成，響應(yīng)時間因此優(yōu)化。

2.一個應(yīng)用程序為什么一定要使序空閑任務(wù)？

在多任務(wù)系統(tǒng)運行時，系統(tǒng)經(jīng)常會在某個時間內(nèi)無用戶任務(wù)運行而處于空閑狀態(tài)，為了使

CPU在此時有事可作,uC/OS—II提供了空閑任務(wù)OSTaskldle?？臻e任務(wù)是不能被軟件刪除的。

3.統(tǒng)計任務(wù)是必須使用的嗎？

用戶應(yīng)用程序可根據(jù)實際需要來選擇是否使用統(tǒng)計任務(wù)。

其功能是每秒計算一次CPU在單位時間內(nèi)被使用的時間，并把計算結(jié)果以百分比的形式存

放在變量OSCPUsage中，以便應(yīng)用程序通過訪問它來了解CPU的利用率。

4.什么是任務(wù)的優(yōu)先權(quán)？UC/OS-II是用什么來描述任務(wù)的優(yōu)先權(quán)的。

uC/OS-ll是按可剝奪型內(nèi)核來設(shè)計的，為此，每一個任務(wù)都必須具有唯一的優(yōu)先級別，用來

表示該任務(wù)在搶奪處理器時所具有的優(yōu)先權(quán)力，共有64個優(yōu)先級別，用數(shù)字“0”-“63”

表示，數(shù)字“0”所表示的優(yōu)先級最高，通常將空閑任務(wù)和統(tǒng)計任務(wù)設(shè)為最低優(yōu)先級別。

對于任務(wù)數(shù)較少的應(yīng)用，為節(jié)省內(nèi)存，可通過OS_CFG.H中的OS_LOWEST_PRIO賦值來確定

系統(tǒng)的最大(<=64)用戶數(shù)。

5.在uC/OS-ll中任務(wù)有哪5種狀態(tài)？

睡眠狀態(tài)：任務(wù)只是以代碼的形式駐留在內(nèi)存，還沒有交給操作系統(tǒng)管理。

就緒狀態(tài)：任務(wù)配備了任務(wù)控制塊且在任務(wù)就緒表中登記，具備了任務(wù)運行的充分條件。

運行狀態(tài)：處于就緒狀態(tài)的任務(wù)獲得了CPU的使用權(quán)，任何時候只有一個任務(wù)處于運行。

等待狀態(tài)：正在運行的任務(wù)，把CPU的使用權(quán)讓給其他任務(wù)。

中斷服務(wù)狀態(tài)：正在運行的任務(wù)一旦響應(yīng)中斷申請，就會中止運行而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

6.任務(wù)控制塊記錄了任務(wù)的那些信息?

?OSTCBStkPtr指向任務(wù)堆棧棧頂?shù)闹羔槪?/p>

?OSTCBExtPtr指向任務(wù)控制塊擴展的指針；

?OSTCBStkBottom指向任務(wù)堆棧棧底的指針；

OSTCBStkSize任務(wù)堆棧的長度；

OSTCBOpt創(chuàng)建任務(wù)時的選擇項；

OSTCBId任務(wù)ID；

?OSTCBNext指向后一個任務(wù)控制塊的指針；

*OSTCBPrev指向前一個任務(wù)控制塊的指針；

?OSTCBEventPtr指向事件控制塊的指針；

?OSTCBMsg傳遞給任務(wù)消息的指針；

OSTCBDelReq請求刪除任務(wù)時用到的標志；

OSTCBStat任務(wù)的當前狀態(tài)標志；

OSTCBDIy任務(wù)等待的時限(節(jié)拍數(shù))；

OSTCBPrio任務(wù)的優(yōu)先級別(0==highest,63==lowest)；

7.什么是空任務(wù)控制塊鏈表？什么是任務(wù)控制塊鏈表？

空任務(wù)塊鏈表，其中所有任務(wù)控制塊還沒有分配給任務(wù)。空任務(wù)塊鏈表是在應(yīng)用程序調(diào)用函

數(shù)OSInit。對UC/OS-II系統(tǒng)初始化時建立的。鏈表的元素一共有

OS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS個元素。

任務(wù)控制塊鏈表，其中所有任務(wù)塊已經(jīng)分配給任務(wù)。任務(wù)控制塊鏈表在應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)

OSTaskCreate。創(chuàng)建任務(wù)時建立的。

8.數(shù)組OSTCBTbl□有什么用途？

專門用來以任務(wù)的優(yōu)先級別為順序在各個數(shù)組元素里存放指向各個任務(wù)控制塊的指針，這樣

系統(tǒng)在訪問一個任務(wù)的任務(wù)控制塊時，就不必遍歷任務(wù)控制塊鏈表，從而加快對任務(wù)控制塊

的訪問速度。

9.正在運行任務(wù)的任務(wù)控制塊指針存放在哪個指針變量中？

OSTCBCur

10.變量OSRdyGrp有什么用？

該變量的每一位都對應(yīng)OSRdyTbl[]的一個任務(wù)組，如果某任務(wù)組中有任務(wù)就緒，則在變量

OSRdyGrp里把該任務(wù)組所對應(yīng)的位置為1,否則置為0,從而快速對任務(wù)就緒表OSRdyTbl[]

查找。

11.簡述在任務(wù)就緒表中查找具有最高優(yōu)先級別的就緒任務(wù)的過程。

由任務(wù)就緒表OSRdyGrp和OSRdyTbl口的內(nèi)容通過查找OSUnMapTa用表和公式

y=OSUnMapTal[OSRdyGrp]；

x=OSUnMapTal[OSRdyTbl[y]]：

prio=(y?3)+x；

找出具有最高優(yōu)先級別的就緒任務(wù)。

第三章

1.簡述UC/OS-II的中斷響應(yīng)過程c

系統(tǒng)接收到中斷請求后，如果這時CPU處于中斷允許狀態(tài)，系統(tǒng)會中止正在運行的當前任

務(wù)，而按照中斷向量的指向轉(zhuǎn)而去運行中斷服務(wù)子程序；當中斷服務(wù)子程序的運行結(jié)束后，

系統(tǒng)會根據(jù)情況返回到被中止的任務(wù)，或轉(zhuǎn)向更高優(yōu)先級的任務(wù)。

2.全局變量OSIntNesting的作用是什么？

全局變量OSIntNesting記錄中斷嵌套的層數(shù)。

3.uc/osll的中斷服務(wù)程序何時返叵被中斷的任務(wù)？何時不返回被中斷的任務(wù)？

當中斷嵌套層數(shù)計數(shù)器為0,調(diào)度器未被鎖定并且從任務(wù)就緒表中查到的最高優(yōu)先級的任務(wù)

又不是被中斷的任務(wù)的條件下會進行任務(wù)切換，即不返回被中斷的任務(wù)，否則返回被中斷的

任務(wù)。

4.uc/osll的時鐘是如何實現(xiàn)的？在時鐘節(jié)拍服務(wù)中做了什么工作？

uc/osll的時鐘通常是一個由硬件計數(shù)器定時產(chǎn)生周期性中斷信號來實現(xiàn)的。

在每個節(jié)拍服務(wù)里要遍歷系統(tǒng)中全部任務(wù)的任務(wù)控制塊，把其中記錄任務(wù)延時時間的成員

OSTCBDly減1,并使延時時間到的任務(wù)進入就緒狀態(tài)。

5.如何在中斷服務(wù)程序中激活一個任務(wù)？

在uc/osll中通常由一個任務(wù)來完成異步事件的處理工作，而在中斷服務(wù)程序中只是通過向

任務(wù)發(fā)送消息的方法去激活這個任務(wù)。

6.說明延時函數(shù)OSTimeDly()與OSTimeDlyHMSM。的區(qū)別。

所有用戶任務(wù)必須在任務(wù)中合適的位置調(diào)用函數(shù)OSTimeDM),或通過調(diào)用函數(shù)

O3TimeDlyHMSM()調(diào)用OSTimeDM)。OSTimeDly。的參數(shù)ticks為以時鐘節(jié)拍數(shù)為單位的延時

時間的，而OSTimeDlyHMSM()的參數(shù)分別是時，分，秒。

第四章

1.敘述信號量的工作過程。

每當有任務(wù)申請信號量時，如果信號量計數(shù)器OSEventCnt的值大于0,則把OSEventCnt減1,

并使任務(wù)繼續(xù)運行；如果OSEventCnt的值為0,則會將任務(wù)列入任務(wù)等待表OSEventTbl口，

而使任務(wù)處于等待狀態(tài)。

如果有正在使用信號量的任務(wù)釋放了該信號量，則會在等待任務(wù)表中找出優(yōu)先級別最高的等

待任務(wù)，并在使他就緒后調(diào)用調(diào)度器引發(fā)一次調(diào)度；如果任務(wù)等待表中已經(jīng)沒有等待任務(wù),

則信號量計數(shù)器只會簡單的加1.

2.使用信號量可在應(yīng)用程序中完成哪些工作？

任務(wù)間通信，完成共享資源的訪問和任務(wù)的同步執(zhí)行。

3.什么叫優(yōu)先級反轉(zhuǎn)？這種現(xiàn)象會在什么情況下發(fā)生？有什么危害？

在可剝奪型內(nèi)核中，當任務(wù)以獨占方式使用共享資源時，會出現(xiàn)低優(yōu)先級任務(wù)先于高優(yōu)先級

任務(wù)而被運行的情況，優(yōu)為先級反轉(zhuǎn)。

產(chǎn)生優(yōu)先級反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原囚：這是囚為一個低優(yōu)先級任務(wù)在獲得信號量使用共享資源期間，

被高優(yōu)先級任務(wù)所打斷而不能釋放信號量，從而使正在等待該信號量的高優(yōu)先級任務(wù)因得不

到信號量而被迫處于等待狀態(tài)。在等待期間，就讓占據(jù)該信號量的低優(yōu)先級任務(wù)先運行。

后果：如果這種情況發(fā)生較多，則會極大地惡化優(yōu)先級任務(wù)地運行環(huán)境。

4.互斥型信號量是如何防止優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的？

使獲得信號量任務(wù)的優(yōu)先級別在使用共享資源期間暫時提升到所有任務(wù)最高優(yōu)先級的高一

個級別上，以使該任務(wù)不被其他任務(wù)所打斷，從而能盡快地使用完共享資源并釋放信號量;

然后在釋放完信號量之后再恢復(fù)該任務(wù)原來的優(yōu)先級別。

5.什么叫消息郵箱？

消息郵箱是能在任務(wù)之間傳遞消息指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在任務(wù)與任務(wù)之間通信時，建立一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用來存放要傳遞的數(shù)據(jù)，同時將該數(shù)據(jù)緩沖

區(qū)的指針賦給事件控制塊成員OSEventPtr,并且事件控制塊的成員OSEventType為常數(shù)

OS_EVENT_TYPE_MBOX,則該事件控制塊就叫做消息郵箱。

6.能否使用全局變量來實現(xiàn)任務(wù)間的通信？如果可以，它有什么缺點？

全局變量只能傳遞信息，但不能同步任務(wù)。因此只能用于兩種情況：

1.不需要行為同步，想用時就用這個全局變量。

2.同步要求不實時，可以讓另一個任務(wù)定期去查詢該全局變量是否被“生產(chǎn)”。

7.使用消息郵箱實現(xiàn)任務(wù)之間的選信有什么好處？

其一，是使消息的傳遞速度大大增加。其二，如果只傳遞一條消息的話，操作更為簡單。其

三，消息郵箱可以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的需要

8.什么是消息隊列？

消息隊列是能在任務(wù)之間傳遞一組消息指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

9.想一想，在應(yīng)用程序中消息隊列都可以做一些什么工作？

第五章

1.敘述信號量集的工作過程。

在uc/osll中請求信號量集的任務(wù)得以繼續(xù)運行的條件與所請求的信號量之間存在兩種邏輯

關(guān)系：與關(guān)系和或關(guān)系。在與關(guān)系下，只有當任務(wù)所請求的信號量都有效時，任務(wù)才能繼續(xù)

運行；在或關(guān)系下，只要在任務(wù)所請求的信號量中有信號有效，任務(wù)就會繼續(xù)進行。

2.使用信號量集可以在應(yīng)用程序中完成哪些工作？

1.創(chuàng)建信號量集；

2.請求信號量集：

3.向信號量集發(fā)信號；

4.查詢信號量集的狀態(tài)；

5.刪除信號量集。

第六章

1.什么叫內(nèi)存分區(qū)？什么叫內(nèi)存塊？內(nèi)存分區(qū)與內(nèi)存塊之間有什么關(guān)系？

uC/OS-ll能夠解決內(nèi)存碎片問題及執(zhí)行時間固定，對內(nèi)存進行兩級管理。將大片連續(xù)內(nèi)存分

成若干個分區(qū)，每個分區(qū)又分成若干大小相等的內(nèi)存塊來進行管理。操作系統(tǒng)以分區(qū)為單位

管理動態(tài)內(nèi)存，任務(wù)以內(nèi)存塊為單位來獲得與釋放動態(tài)內(nèi)存。內(nèi)存分區(qū)及內(nèi)存塊的使用情況

由內(nèi)存控制塊來記錄，內(nèi)存控制塊是由uC/OS?ll為每個內(nèi)存分區(qū)定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)