ucOS-II范例分析_01

1、嵌入式操作系統ucOS-II分析ucOS-II應用程序基本結構void task ( void* pdata )INT8U err;InitTimer(); / 可選For( ; ) / 你的應用程序代碼 . OSTimeDly(1); / 可選一些重要的ucOS-II API）任務類）消息類）同步類）時間類）臨界區(qū)與事件類任務類和時間類是必須要首先掌握的兩種類型的API ）OSTaskCreate函數函數 n這個函數應該至少在main函數內調用一次，在OSInit函數調用之后調用，以創(chuàng)建一個任務。n系統首先從TCB空閑列表內申請一個空的TCB指針，然后根據用戶給出的參數初始化任務堆棧，并在內

2、部的任務就緒表內標記該任務為就緒狀態(tài)。最后返回，這樣一個任務就創(chuàng)建成功了。 ）OSTaskSuspend函數函數 n將指定的任務掛起。如果掛起的是當前任務，會引發(fā)系統執(zhí)行任務切換先導函數OSShed來進行一次任務切換。 n這個函數只有一個優(yōu)先級參數，在系統內部，優(yōu)先級除了表示一個任務執(zhí)行的先后次序外，還起著區(qū)分每一個任務的作用，即優(yōu)先級也是任務的ID。所以uCOS-II不允許出現相同優(yōu)先級的任務。 ）OSTaskResume函數函數 n將指定的已經掛起的任務恢復成就緒狀態(tài)。如果恢復任務的優(yōu)先級高于當前任務，那么還會引發(fā)一次任務切換。 n參數類似OSTaskSuspend函數，為指定任務的優(yōu)先級

3、。需要特別說明是，本函數并不要求和OSTaskSuspend函數成對使用。 ）OS_ENTER_CRITICAL宏宏 n分析一下OS_CPU.H文件，它涉及特定CPU的實現。一般都被替換為一條或者幾條嵌入式匯編代碼。其實，它就是關中斷。 n只要任務不主動放棄CPU使用權，別的任務就沒有占用CPU的機會，這個任務就是獨占了。進入臨界區(qū)后，這個應宏盡量少用，它會破壞系統的一些服務，尤其是時間服務。并使系統對外界響應性能降低。 ）OS_EXIT_CRITICAL宏宏 n與OS_ENTER_CRITICAL配套使用的一個宏，在系統手冊說明里它是退出臨界區(qū)，其實就是重新開中斷。n它必須和OS_ENTER

4、_CRITICAL成對出現，否則會帶來意想不到的后果，如系統會崩潰。我們應盡量少用這兩個宏調用，因為他們的確會破壞系統的多任務性能。 ）OSTimeDly函數函數 n這是調用最多的一個函數，它的功能是先掛起當前任務，然后進行任務切換，在指定的時間到來之后，將當前任務恢復為就緒狀態(tài)，但是并不一定運行，如果恢復后是優(yōu)先級最高的就緒任務話，那么就運行之。n可以將任務延時一定時間后再執(zhí)行它，依靠時鐘機制進行任務切換，暫時放棄CPU的使用權，但多任務性能會降低。ucOS-II范例的源碼分析INCLUDES.H nucOS-II中所有的 *.C 文件都包括了以下定義：#include includes.h

5、“n唯一的缺點是INCLUDES.H中許多頭文件在一些*.C文件的編譯中是不需要的。雖然逐個編譯這些文件要花費額外的時間，但代碼的可移植性卻增加了。 不依賴于編譯的數據類型 可移植型數據類型的程序可移植型數據類型的程序Typedef unsigned char BOOLEAN;Typedef unsigned char INT8U;Typedef signed char INT8S;Typedef unsigned int INT16U;Typedef signed int INT16S;Typedef unsigned long INT32U;Typedef signed long INT3

6、2S;Typedef float FP32;Typedef double FP64;#define BYTE INT8S -|#define UBYTE INT8U -|#define WORD INT16S -| ucos-ucosII#define UWORD INT16U -|#define LONG INT32S -|#define ULONG INT32U -|全局變量 n定義全局宏的程序定義全局宏的程序#ifdef xxx_GLOBALS#define xxx_EXT#else#define xxx_EXT extern#endif.H 文件中每個全局變量都加上了xxx_EXT的前

7、綴。xxx代表模塊的名字。該模塊的.C文件中有以下定義：#define xxx_GLOBALS#include includes.huCOS_II.H中有以下定義： n#ifdef OS_GLOBALSn#define OS_EXTn#elsen#define OS_EXT externn#endif nOS_EXT INT32U OSIdleCtr;nOS_EXT INT32U OSIdleCtrRun;nOS_EXT INT32U OSIdleCtrMax;uCOS_II.C中有以下定義： n#define OS_GLOBALSn#include “includes.h” 當編譯器處理uC

8、OS_II.C時，它使uCOS_II.H變成如下所示，因為OS_EXT被設置為空。編譯器就會將這些全局變量分配到內存中。 nINT32U OSIdleCtr;nINT32U OSIdleCtrRun;nINT32U OSIdleCtrMax;當編譯器處理其他.C文件時，頭文件變成了如下的樣子，因為OS_GLOBAL沒有定義，所以OS_EXT被定義為extern。 nextern INT32U OSIdleCtr;nextern INT32U OSIdleCtrRun;nextern INT32U OSIdleCtrMax;在這種情況下，不產生內存分配，而任何 .C文件都可以使用這些變量。這樣的

9、就只需在 .H 文件中定義一次就可以了。OS_ENTER_CRITICAL() 和和 OS_EXIT_CRITICAL()nOS_ENTER_CRITICAL() 關中斷；OS_EXIT_CRITICAL()開中斷。n是為了保護臨界段代碼，這些代碼與處理器有關。宏的定義在OS_CPU.H中。n關中斷會影響中斷延遲，所以要特別小心。用戶還可以用信號量來保護臨界段代碼。 基于PC的服務 nPC.C 文件和 PC.H 文件是范例中使用到的一些基于PC的服務程序。 nPC.C包括字符顯示，時間度量和其他各種服務。所有的函數都以PC_為前綴。 字符顯示 nPC_DispClrScr()Clear the

10、 screennPC_DispClrLine() Clear a single row (or line)nPC_DispChar()Display a single ASCII character anywhere on the screennPC_DispStr()Display an ASCII string anywhere on the screen時間度量 n用PC的82C54定時器2測試一個函數的運行花了多少時間。被測的程序代碼放在函數PC_ElapsedStart()和PC_ElapsedStop()之間來測量。在用這兩個函數之前，應該調用PC_ElapsedInit()來初始

11、化，它主要是計算運行這兩個函數本身所附加的的時間。這樣，PC_ElapsedStop()函數中返回的數值就是準確的測量結果了。這兩個函數都不具備可重入性，不要有多個任務同時調用這兩個函數。 測量PC_DisplayChar()的執(zhí)行時間（us）n測量代碼執(zhí)行時間的程序測量代碼執(zhí)行時間的程序INT16U time; PC_ElapsedInit();.PC_ElapsedStart();PC_DispChar(40, 24, A, DISP_FGND_WHITE);time = PC_ElapsedStop();應用應用 C/OS-II 的范例的范例 n用BC IDE (Integrated D

12、evelopment Environment)編譯通過，在WindowsXP 的DOS窗口下編譯運行?？蓤?zhí)行代碼在每個范例的OBJ子目錄中。 IDE中編譯選項中編譯選項nCode generation Model: LargeOptions: Treat enums as intsAssume SS Equals DS: Default for memory modelnAdvanced code generation Floating point: EmulationInstruction set: 80186Options: Generate underbars Debug info in

13、 OBJs Fast floating pointIDE中編譯選項中編譯選項nOptimizationsGlobal register allocation Invariant code motion Induction variables Loop optimization Suppress redundant loads Copy propagation Dead code elimination Jump optimization In-line intrinsic functionsIDE中編譯選項中編譯選項nRegister variables AutomaticnCommon su

14、bexpressions Optimize globallynOptimize for Speed例例1n有13個任務(包括 C/OS-II 的空閑任務和一個計算CPU利用率的任務）。TaskStart()在函數main()中建立，功能是建立其它任務并且在屏幕上顯示如下統計信息：n每秒鐘任務切換次數；CPU利用百分率；寄存器切換次數；目前日期和時間；C/OS-II的版本號；n TaskStart()還檢查是否按下ESC鍵，以決定是否返回到DOS。n其余10個任務基于相同的代碼Task()；每個任務在屏幕上隨機的位置顯示一個0到9的數字。main() nmain()程序從清整個屏幕開始，為的是保

15、證屏幕上不留有以前的DOS下的顯示。n用戶在使用任何服務之前先調用OSInit() 。建立兩個任務：空閑任務和統計任務，前者在沒有其它任務處于就緒態(tài)時運行；后者計算CPU的利用率。main()程序程序nvoid main (void) PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLACK); (1) OSInit(); (2) PC_DOSSaveReturn(); /保存當前DOS環(huán)境 (3) PC_VectSet(uCOS, OSCtxSw); /設置 CPU寄存器切換 (4) RandomSem = OSSemCreate(1); /信號量置為1

16、，在某一時刻只有一個任務可以調用隨機數產生函數 (5) OSTaskCreate(TaskStart, (void *)0, /啟動多任務OSStart()之前，用戶至少要先建立一個任務如TaskStart()(void*)&TaskStartStkTASK_STK_SIZE-1, 0); (6) OSStart(); /啟動多任務 (7)OSInit()初始化【在OS_CORE.C中定義】 void OSInit (void)#if OS_VERSION = 204 OSInitHookBegin(); /系統初始化開始接口函數#endif OS_InitMisc(); /初始化變量

17、 OS_InitRdyList(); /初始化任務就緒列表 OS_InitTCBList(); /初始化任務控制塊列表 OS_InitEventList(); /初始化事件控制塊列表 OSInit()初始化（續(xù)）#if (OS_VERSION = 251) & (OS_FLAG_EN 0) & (OS_MAX_FLAGS 0) OS_FlagInit(); /事件標志結構初始化 #endif#if (OS_MEM_EN 0) & (OS_MAX_MEM_PART 0) OS_MemInit(); /內存管理初始化 #endif#if (OS_Q_EN 0) &

18、(OS_MAX_QS 0) OS_QInit(); /消息隊列初始化 #endifOS_InitTaskIdle(); /創(chuàng)建空閑任務(無條件) #if OS_TASK_STAT_EN 0 OS_InitTaskStat(); /創(chuàng)建統計任務 #endif#if OS_VERSION = 204 OSInitHookEnd(); /系統初始化結束接口函數#endif#if OS_VERSION = 270 & OS_DEBUG_EN 0 OSDebugInit();#endifOS_InitMisc()初始化變量 nOSIntNesting = 0; /清除中斷嵌套計數器 nOSLoc

19、kNesting = 0; /清除調度鎖定計數器 nOSTaskCtr = 0; /任務數清零nOSRunning = FALSE; /系統多任務沒有執(zhí)行 nOSIdleCtr = 0L; /清除空閑任務計數器nOSCtxSwCtr = 0; /清除程序切換計數器 OS_InitRdyList()初始化任務就緒列表 nstatic void OS_InitRdyList (void) INT8U i; INT8U *prdytbl; OSRdyGrp = 0 x00; /清除任務就緒表 prdytbl = &OSRdyTbl0; /將OSRdyTbl數組全部初始化0 for (i =

20、0; i OS_RDY_TBL_SIZE; i+) *prdytbl+ = 0 x00; /把任務就緒表里面所有的項目全部清零 OSPrioCur = 0; /當前運行任務的優(yōu)先級寄存器清零 OSPrioHighRdy = 0; /將處于就緒狀態(tài)的最高優(yōu)先級的任務寄存器清零 OSTCBHighRdy = (OS_TCB *)0; /將處于就緒態(tài)的最高優(yōu)先級的任務控制塊指針寄存器清零 OSTCBCur = (OS_TCB *)0; /將當前運行任務的任務控制塊指針寄存器清零 OSTCBList = (OS_TCB *)0; /任務控制塊列表清零 for (i = 0; i (OS_LOWEST_

21、PRIO + 1); i+) OSTCBPrioTbli = (OS_TCB *)0; / 清除優(yōu)先級列表，這個列表存儲各個優(yōu)先級對應的任務控制塊的地址，系統用它來尋找下一個要運行的任務地址OS_InitTCBList()初始化任務控制塊列表nstatic void OS_InitTCBList (void) INT8U i; OS_TCB *ptcb1; OS_TCB *ptcb2; OS_MemClr(INT8U *)&OSTCBTbl0, sizeof(OSTCBTbl); / 清除TCB OS_MemClr(INT8U *)&OSTCBPrioTbl0, sizeof(

22、OSTCBPrioTbl); / 清除優(yōu)先級表 ptcb1 = &OSTCBTbl0; /任務控制塊列表的第一個任務塊地址給變量PTCB1 ptcb2 = &OSTCBTbl1; /任務控制塊列表的第二個任務塊地址給變量PTCB2 for (i = 0; i OSTCBNext = ptcb2;#if OS_TASK_NAME_SIZE 1 ptcb1-OSTCBTaskName0 = ?; /* Unknown name */ ptcb1-OSTCBTaskName1 = OS_ASCII_NUL;/把前一個任務控制塊的下一個任務指針指向下一個任務控制塊 #endif ptc

23、b1+; ptcb2+; ptcb1-OSTCBNext = (OS_TCB *)0; /把最后一個人物控制塊的下個指針清零 #if OS_TASK_NAME_SIZE 1 ptcb1-OSTCBTaskName0 = ?; /* Unknown name */ ptcb1-OSTCBTaskName1 = OS_ASCII_NUL;#endif OSTCBList = (OS_TCB *)0; /TCB列表初始化 OSTCBFreeList = &OSTCBTbl0; /把第一個任務控制塊的地址送給空閑任務控制塊列表 建立其它任務的任務建立其它任務的任務 TaskStart() nv

24、oid TaskStart (void *data)Prevent compiler warning by assigning data to itself; Display banner identifying this as EXAMPLE #1; (1)/在屏幕頂端顯示一個標識，說明這是例1 。 OS_ENTER_CRITICAL(); PC_VectSet(0 x08, OSTickISR); (2) PC_SetTickRate(200); (3) /關中斷，以改變中斷向量，讓其指向C/OS-II的時鐘節(jié)拍處理，然后，改變時鐘節(jié)拍為 200Hz OS_EXIT_CRITICAL();

25、 建立其它任務的任務建立其它任務的任務 TaskStart()（續(xù)）（續(xù)）Initialize the statistic task by calling OSStatInit(); (4)Create 10 identical tasks; /建立10個同樣的任務 (5) for (;) Display the number of tasks created; Display the % of CPU used; Display the number of task switches in 1 second; Display uC/OS-IIs version number If (key

26、was pressed) if (key pressed was the ESCAPE key) PC_DOSReturn(); Delay for 1 Second; 測試CPU速度 void OSStatInit (void) OSTimeDly(2); /延時兩個時鐘節(jié)拍 (1) OS_ENTER_CRITICAL(); OSIdleCtr = 0L; /32位的計數器OSIdleCtr被清0，并產生另一個延時，這個延時使OSStatInit()掛起 。(2) OS_EXIT_CRITICAL();/uCOS-II執(zhí)行一個無限循環(huán)的空閑任務，不斷的遞增OSIdleCtr OSTimeDl

27、y(OS_TICKS_PER_SEC); (3) OS_ENTER_CRITICAL(); OSIdleCtrMax = OSIdleCtr; (4) OSStatRdy = TRUE; /COS-II將統計CPU的利用率 (5) OS_EXIT_CRITICAL(); 在屏幕隨機位置顯示任務號（09） void Task (void *data) UBYTE x; UBYTE y; UBYTE err; for (;) OSSemPend(RandomSem, 0, &err); /獲取信號量RandomSem ，同時禁止其他任務運行這段代碼 (1) x = random(80);

28、/獲得一個隨機數 (2) y = random(16); /獲得一個隨機數 OSSemPost(RandomSem); /計算出x和y坐標并釋放信號量 (3) PC_DispChar(x, y + 5, *(char *)data, DISP_FGND_LIGHT_GRAY);/在計算的坐標處顯示其任務號（0-9） (4) OSTimeDly(1); /延時一個時鐘節(jié)拍，等待進入下一次循環(huán) (5) 例1的運行結果例例2n磁盤文件為SOFTWAREuCOS-IIEX2_x86L，它包含9個任務。加上uCOS-II本身的兩個任務：空閑任務（idle task）和統計任務，共11個任務。 n由mai

29、n（）中的TaskStart（）函數建立任務，功能是建立其他任務并在屏幕上顯示如下的統計數據： 每秒種任務切換的次數； CPU利用率的百分比； 當前日期和時間； uCOS_II的版本號；n使用帶擴展功能的任務建立函數OSTaskCreateExt（）和uCOS-II的堆棧檢查操作（要使用堆棧檢查操作必須用OSTaskCreateExt（）建立任務）。C/OS-II stack checking uCOS-II的堆棧檢查功能要求任務建立時堆棧清零。OSTaskCreateExt()可以執(zhí)行此項操作（設置選項OS_TASK_OPT_STK_CHK和OS_TASK_OPT_STK_CLR打開此項操作

30、）。OSTaskCreateExt()進行堆棧清零操作是一項很費時的工作，取決于堆棧的大小。執(zhí)行堆棧檢查操作的時候，uCOS-II從棧底向棧頂搜索非0元素(參看上圖)，同時用一個計數器記錄0元素的個數。main() n例2的main()函數和例1的看起來差不多；n有兩點區(qū)別：第一，main()函數調用PC_ElapsedInit()來初始化定時器記錄OSTaskStkChk()的執(zhí)行時間。第二，所有的任務都使用OSTaskCreateExt()函數來建立（替代了OSTaskCreate（）函數），這使得每一個任務都可進行堆棧檢查。 例例2中的中的Main（）函數（）函數 nvoid main

31、(void) PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLACK); OSInit(); PC_DOSSaveReturn(); PC_VectSet(uCOS, OSCtxSw); PC_ElapsedInit(); (1) /對消逝時間的測量進行初始化 OSTaskCreateExt(TaskStart, (void *)0, &TaskStartStkTASK_STK_SIZE-1, TASK_START_PRIO, TASK_START_ID, &TaskStartStk0, TASK_STK_SIZE, (void *)0,

32、 OS_TASK_OPT_STK_CHK | OS_TASK_OPT_STK_CLR); (2) OSStart();除了OSTaskCreate()函數的四個參數外，OSTaskCreateExt()還需要五個參數：任務的ID，一個指向任務堆棧棧底的指針，堆棧的大?。ㄒ远褩卧獮閱挝唬?0X86中為字），一個指向用戶定義的TCB擴展數據結構的指針，和一個用于指定對任務操作的變量。 TaskStart（）nTaskStart（）建立兩個郵箱，分別提供給任務4和任務5。n接著建立一個專門顯示時間和日期的任務，隨后又建立5個不同的任務。TaskStart()的偽碼 nvoid TaskStart

33、(void *data) Prevent compiler warning by assigning data to itself; Display a banner and non-changing text; Install uC/OS-IIs tick handler; /關中斷，PC_VectSet() Change the tick rate to 200 Hz; /PC_SetTickRate() ，開中斷 Initialize the statistics task;/OSStatInit（）以上幾項操作和例1中的相同。 TaskStart()的偽碼（續(xù)）nCreate 2 ma

34、ilboxes which are used by Task #4 and #5; (1) n/ 調用TaskStartCreateTasks(void)nCreate a task that will display the date and time on the screen;(2) nCreate 5 application tasks; nfor (;) Display #tasks running; Display CPU usage in %; Display #context switches per seconds; Clear the context switch coun

35、ter; Display uC/OS-IIs version; If (Key was pressed) if (Key pressed was the ESCAPE key) Return to DOS; Delay for 1 second; 創(chuàng)建2個郵箱n通過調用2個OSMboxCreate(void *)0)函數，創(chuàng)建2個郵箱。n這2個郵箱在任務4與任務5中使用。TaskStartCreateTasks（void）nstatic void TaskStartCreateTasks (void)nn OSTaskCreateExt(TaskClk, (void *)0,n &Ta

36、skClkStkTASK_STK_SIZE - 1,n TASK_CLK_PRIO, TASK_CLK_ID, &TaskClkStk0,n TASK_STK_SIZE, (void *)0,n OS_TASK_OPT_STK_CHK | OS_TASK_OPT_STK_CLR);n OSTaskCreateExt(Task1, (void *)0, n &Task1StkTASK_STK_SIZE - 1,n TASK_1_PRIO, TASK_1_ID,&Task1Stk0,n TASK_STK_SIZE, (void *)0,n OS_TASK_OPT_STK_C

37、HK | OS_TASK_OPT_STK_CLR);nn OSTaskCreateExt(Task5, .);n時鐘顯示任務nTaskClk()函數用于顯示當前日期和時間，每秒更新一次。 時鐘顯示任務程序 nvoid TaskClk (void *data) Struct time now; Struct date today; char s40; data = data; for (;) PC_GetDateTime(s); PC_DispStr(0, 24, s, DISP_FGND_BLUE + DISP_BGND_CYAN); OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC);

38、任務1n任務1將檢查其他七個任務堆棧的大小，同時記錄OSTackStkChk()函數的執(zhí)行時間，并與堆棧大小（所有堆棧的大小都是以字節(jié)為單位）一起顯示出來。任務1每秒執(zhí)行10次（間隔100ms）。任務1程序 nvoid Task1 (void *pdata) INT8U err; OS_STK_DATA data; /任務堆棧數據 INT16U time; /執(zhí)行時間（us） INT8U i; char s80; pdata = pdata; 任務1程序 （續(xù)）for (;) for (i = 0; i 7; i+) PC_ElapsedStart(); (1) err = OSTaskStk

39、Chk(TASK_START_PRIO+i, &data); time = PC_ElapsedStop(); (2) if (err = OS_NO_ERR) sprintf(s, %3ld %3ld %3ld %5d, data.OSFree + data.OSUsed, data.OSFree, data.OSUsed, time); PC_DispStr(19, 12+i, s, DISP_FGND_YELLOW); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); (3) /延時100ms 任務2 n任務2在屏幕上顯示一個順時針旋轉的指針（用橫線，斜線等字符表示），每

40、200ms旋轉一格。 任務2程序nvoid Task2 (void *data) data = data; for (;) PC_DispChar(70, 15, |, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_RED); OSTimeDly(10); PC_DispChar(70, 15, /, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_RED);任務2程序 （續(xù)）OSTimeDly(10); PC_DispChar(70, 15, -, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_RED); OSTimeDly(10); PC_DispChar(70

41、, 15, , DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_RED); OSTimeDly(10); 任務3 n任務3也顯示了一個旋轉指針，但是與任務2旋轉的方向不同。任務3在堆棧中分配了一個很大的數組，將堆棧填充掉，使得OSTaskStkChk()只需花費很少的時間來確定堆棧的利用率，尤其是當堆棧已經快滿的時候。任務3程序nvoid Task3 (void *data) char dummy500; INT16U i; data = data; for (I = 0; i 499; i+) dummyi = ?; 任務3程序 （續(xù)）for (;) PC_DispChar(70,

42、16, |, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLUE); OSTimeDly(20); PC_DispChar(70, 16, , DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLUE); OSTimeDly(20); PC_DispChar(70, 16, -, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLUE); OSTimeDly(20); PC_DispChar(70, 16, /, DISP_FGND_WHITE + DISP_BGND_BLUE); OSTimeDly(20); 任務4 n任務4向任務5發(fā)送消息并等待確認。發(fā)送的

43、消息是一個指向字符的指針。每當任務4從任務5收到確認，就將傳遞的ASCII碼加1再發(fā)送，結果是不斷的傳送“ABCDEFG.”。任務4程序nvoid Task4 (void *data) char txmsg; INT8U err; data = data; txmsg = A;任務4程序 （續(xù)）for (;) while (txmsg OSTCBExtPtr; (3) if (puser != (void *)0) (4)/如果任務分配了TCB擴展數據結構 puser-TaskCtr+; (5)/計數器TaskCtr進行累加以統計任務被切換的頻繁程度，或檢查某個任務是否在運行。 puser-TaskExecTime= time; (6)/記錄函數從切入到切出的運行