ucos中文書-第3章內核結構

第3章內核結 臨界段(Critical 任 任務狀 任務控制塊（TaskControlBlocks, 就緒表（Ready 給調度器上鎖和開鎖(LockingandUnLockingthe 空閑任務(Idle 統(tǒng)計任 μC/OS中的中斷處 時鐘節(jié) 第3章OS_ENTER_CRITICAL(OSIntEnter(OSSchedLock(OSSchedUnlock(),臨界段(Critical時內核開發(fā)商應提供的最重要的指標之一，因為這個指標影響用戶系統(tǒng)對實件的響應CCCCCCμC/OS-Ⅱ中的這兩個宏調用分別是：OS_ENTER_CRITICALOS_EXIT_CRITICAL()。因為這兩個宏的定義取決于所用的微處理器，故在文件OS_CPU.H中可以找到相應宏定義。每種微處理器都有自己的OS_CPU.H任其它C的函數(shù)一樣，有函數(shù)返回類型，有形式參數(shù)變量，但是任務是絕不會返回的。故返回void[L3.1(1)]。voidvoidYourTask(void{for(;;)/*/*}}程L3.1μC/OSOSTaskDel()，這個任務絕不會返回什么。程序L3.2.任務完成后自我刪voidvoidYourTask(void{/*用戶代碼*/}口的參數(shù)（波特率、I/O。用了。作者保留了優(yōu)先級為0、1、2、3、OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRI0-2為定義的常數(shù)在OS_CFG.H文件中用定義常數(shù)語句#defineconstant定義的。因此用戶可以有多達56個應用任務。必須給每個任務賦以不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級可以從0到（ID（或任務的ID號也被一些內核服務函數(shù)調如改變優(yōu)先級函數(shù)OSTaskChangePrio()，OSTaskDel()。址與其它參數(shù)一起傳給下面兩個函數(shù)中的一個：OSTastCreatOSTaskCreatExtOSTaskCreateExt()OSTaskCreate()任務狀（L3.2立即得到CPU的控制權。一個任務可以通過調用OSTaskDel()返回到睡眠態(tài)，或通過調用該3.1正在運行的任務可以通過調用兩個函數(shù)之一將自身延遲一段時間，這兩個函數(shù)是OSTimeDly(OSTimeDlyHMSMCPUOSTimeTick()使延遲了的任務進入就緒態(tài)（3.10。正在運行的任務期待某 的發(fā)生時也要等待 是調用以下3個函數(shù)之一。（WAITING（Pend，件發(fā)生了，被掛起的任務進入就緒態(tài)發(fā)生的報告可能來自另一個任務，也可能來自中。（ISR務子程序控制了CPU的使用權。中斷服務子程序可能會報告一個或多個的發(fā)生，而使taskOSTaskIdle()函數(shù)。任務控制塊（TaskControlBlocks,一旦任務建立了，任務控制塊OS_TCBs將被賦值（程序3.3。任務控制塊是一個數(shù)據(jù)結構，當任務的CPU使用權被時，μC/OS-Ⅱ用它來保存該任務的狀態(tài)。當任務重CPUOS_TCBsRAM的邏輯分組。任務建立的時候，OS_TCBs（見第四章任務管理。程序L μC/OS-II任務控制塊typedefstructos_tcb{typedefstructos_tcb{ #if structos_tcb*OSTCBNext;structos_tcb#if(OS_Q_EN&&(OS_MAX_QS>=2))||OS_MBOX_EN||OS_SEM_EN #if(OS_Q_EN&&(OS_MAX_QS>=2))||OS_MBOX_EN #if }中唯一的一個能用匯編語言來處置的變量（Context-switchingcode）.OSTCBExtPtr指向用戶定義的任務控制塊擴展。用戶可以擴展任務控制塊而不必修改μC/OS-Ⅱ的源代碼。.OSTCBExtPtr只在函數(shù)OstaskCreateExt()中使用，故使用時要將OS_TASK_CREAT_EN1，以允許建立任務函數(shù)的擴展。例如用戶可以建立一個數(shù)據(jù)結構，3OSTaskCreateExt()OS_TASK_CREATE_EXT_EN1，以便允許該功能。4,000字節(jié)同樣是1,000個地址如果每個地址寬度是16位的則總棧容量只有2,000字節(jié)。在函數(shù)OSStakChk()中要調用OSTCBStkSize。同理，若使用該函數(shù)的話，要將OS_TASK_CREAT_EXT_EN1。.OSTCBOpt把“選擇項”傳給OSTaskCreateExt()，只有在用戶將OS_TASK_CREATE_EXT_EN設為1時，這個變量才有效。μC/OS-Ⅱ目前只支持3個選擇項（見uCOS_II.H 初始化時，已將RAM清過零，則OS_TASK_OPT_STK_CLR不需要再定義，這可以節(jié)約程序執(zhí)行時間。傳遞了OS_TASK_OPT_STK_CLR將增加TaskCreateExt()函數(shù)的執(zhí)行時間，因為要將?？臻g。棧容量越大，花的時間越長。最后一個選擇項OS_TASK_OPT_SAVE_FP通知.OSTCBId用于任務的識別碼。這個變量現(xiàn)在沒有使用，留給將來擴展用.OSTCBNext和.OSTCBPrev用于任務控制塊OS_TCBs的雙重，該鏈表在時鐘節(jié)拍函數(shù).OSTCBMsg是指向傳給任務的消息的指針。用法將在后面的章節(jié)中提到（見第6章任務間通.OSTCBStat是任務的狀態(tài)字。當.OSTCBStat為0，任務進入就緒態(tài)。可以給.OSTCBStat賦uCOS_II.H.OSTCBX,.OSTCBY,.OSTCBBitX.OSTCBBitY用于加速任務進入就緒態(tài)的過程或進入等者是在改變任務優(yōu)先級時算出的。這些值的算法見程序L3.4。=priority>>=OSMapTbl[priority>>=priority&=OSMapTbl[priority&程L3.4任務控制塊OS_TCB（4應用程序中可以有的最多任務數(shù)（OS_MAX_TASKS）OS_CFG.H最多任務數(shù)也是μC/OS-Ⅱ分配給用戶程序的最多任務控制塊OS_TCBs的數(shù)目。將OS_MAX_TASKSRAMOS_N_SYS_TASKSμC/OS-Ⅱ.H，供其目前，一個用于空閑任務，另一個用于任務統(tǒng)計（如果OS_TASK_STAT_EN是設為1的。在μC/OS-Ⅱ初始化的時候，如圖3.2所示，所有任務控制塊OS_TCBs被成單向空任務鏈表。當任務一旦建立，空任務控制塊指針OSTCBList指向的任務控制塊便賦給了該任務，然后OSTCBList的值調整為指向下鏈表中下一個空的任務控制塊。一旦任務被刪3.2就緒表（Ready每個任務被賦予不同的優(yōu)先級等級，從0級到最低優(yōu)先級OS_LOWEST_PR1O，包括0和OS_LOWEST_PR1O在內（見文件OS_CFG.H。當μC/OS-Ⅱ初始化的時候，最低優(yōu)先級OS_LOWEST_PR1O總是被賦給空閑任務idletask。注意，最多任務數(shù)目OS_MAX_TASKS和最每個任務的就緒態(tài)標志都放入就緒表中的，就緒表中有兩個變量OSRedyGrp和OSRdyTbl[]。在OSRdyGrp中，任務按優(yōu)先級分組，8個任務為一組。OSRdyGrp中的每一位表示8組任務中每一組中是否有進入就緒態(tài)的任務進入就緒態(tài)時就緒表OSRdyTbl[]OSRdyTbl[]OS_LOWEST_PR1O(見文件OS_CFG.H)。當用戶的應用程序中任務數(shù)目比較少時，減少OS_LOWEST_PR1O的值可以降低μC/OSRAM（數(shù)據(jù)空間）的需求量。中相應字節(jié)的相應位置1。OSRdyGrp和OSRdyTbl[]之間的關系見圖3.3，是按以下規(guī)則給出OSRdyTbl[0]中的任何一1時，OSRdyGrp的第0位置1，OSRdyTbl[1]中的任何一位是1時，OSRdyGrp的第1位置1，當OSRdyTbl[2]中的任何一1時，OSRdyGrp的第2位置1，當OSRdyTbl[3]中的任何一1時，OSRdyGrp的第3位置1，當OSRdyTbl[4]中的任何一1時，OSRdyGrp的第4位置1，當OSRdyTbl[5]中的任何一位是1時，OSRdyGrp的第5位置1，當OSRdyTbl[6]中的任何一1時，OSRdyGrp的第6位置1，程 |=OSMapTbl[prio>>OSRdyTbl[prio>>3]|=OSMapTbl[prio&程L3.5表T3.1OSMapTbl BitMask001224345667接下去的三位用于確定是在OSRdyTbl[]數(shù)組的第幾個元素。OSMapTbl[]是在ROM中的（見文件OS_CORE.C） 字，用于限制OSRdyTbl[]數(shù)組的元素下標在0到7之間，見表3.1程序L3.6從就緒表中刪除一個任ifif((OSRdyTbl[prio>>3]&=~OSMapTbl[prio&0x07])==OSRdyGrp&=~OSMapTbl[prio>>字節(jié)的8位代表這一組的8個任務哪些進入就緒態(tài)了，低位的優(yōu)先級高于。利用這個字那個任務所在的位置這個返回值在0到7之間。確定進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務是用以下代碼完成的，如程序L3.7所示。程序L3.7找出進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任 = =prio=(y<<3)+ OSRdyGrpOSUnMapTbl[OSRdyGrp]得到的值是3，它相應于OSRdyGrp中的第3bit3，這里假設最右邊的一位是第0bit0。類似地，OSRdyTbl[3]的值是二進制OSUnMapTbl[OSRdyTbc[3]22位。于是任務的優(yōu)先級Prio就等于2（3*8+2。利用這個優(yōu)先級的值。查任務控制塊優(yōu)先OSTCBPrioTbl[OS_TCB任務調度（TaskOSSched()完成的。OSIntExt()完成的，這個函數(shù)將在以后描述。OSSched()的代碼如程序L3.8所示。程序L3.8任務調度器（theTaskvoidOSSched{INT8Uif((OSLockNesting|OSIntNesting)==0) =OSPrioHighRdy=(INT8U)((y<<3)+if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur)OSTCBHighRdy=}}}中[L3.8(1)]條件語句的條件不滿足，任務調度函數(shù)OSSched()將退出，不做任務調度。這OSSched()OSIntNesting>0，OSSchedLockOSLockNesting>0。OSSched()，并且任務調度是允許的，即沒有上鎖，則任務μC/OSOSTCBHighRdyOSTCBCur816μC/OS-Ⅱ中是兩個整數(shù)的比較。并且，除非用戶實際需要做任務切換，在查任務控制塊優(yōu)先級表OSTCBPrioTbl[]OSTCBHighRdy。綜合這兩項改進，即用整數(shù)比較代替指針的比較和當需要任務切換時再查表，使得μC/OS-Ⅱ比μC/OS816通過將以OSPrioHighRdy為下標的OSTCBPrioTbl[]數(shù)組中的那個元素賦給OSTCBHighRdy來OS_TASK_SW()來完成實際上的任務切換[L3.8(6)]。μC/OS總是看起來跟剛剛發(fā)生過中斷一樣，所有微處理器的寄存器都保存在棧中。換句話說，μC/OSCPUOS_ASK_SW(RAP（TrphadlereptionhandlerSCtxSw(OSCtxw()OS_TCBighRyOSCBCr指向8μC/OSOSCtSw()OSSched()OSSched()()是用C寫的。給調度器上鎖和開鎖(LockingandUnLockingthe（L3.10的任務保持對CPU的控制權，盡管有個優(yōu)先級更高的任務進入了就緒態(tài)。然而，此時中斷是OSLockNesting減到零的時候，OSSchedUnlock()調用OSSched[L3.10(2)]也就是說，用戶程序不得調用OSMboxPend()OSQPend()OSSemPend()OSTaskSuspend(OS_PR1O_SELF)、OSTimeDly()OSTimeDlyHMSM(OSLockNesting當?shù)蛢?yōu)先級的任務要發(fā)消息給多任務的郵箱、消息隊列、信號量時(6了CPU的控制權，此時，用戶可以使用調度器函數(shù)。程序L3.9給調度器上voidOSSchedLock {{if(OSRunning==TRUE){}}voidvoidOSSchedUnlock{if(OSRunning==TRUE){if(OSLockNesting>0){if((OSLockNesting|OSIntNesting)==0){}else}}else}}}程L3.10給調度器開鎖空閑任務(Idle這個空閑任務[OSTaskIdle()]設為最低優(yōu)先級，即OS_LOWEST_PRI0?？臻e任務計任（見3.08計任務使用這個計數(shù)器以確定現(xiàn)行應用軟件實際消耗的CPU時間。程序L3.11是空閑任務的代碼。在計數(shù)器加1前后，中斷是先關掉再開啟的，因為8位程序L3.11μC/OS-Ⅱ的空閑任務voidvoidOSTaskIdle(void{pdata=pdata;for(;;){}}統(tǒng)計任μC/OSOSTaskStat(),如果用戶將系統(tǒng)定義常數(shù)OS_TASK_STAT_EN（見文件OS_CFG.H）設為1，這個任務就會建立。一旦得到OS_CORE.C8OSCPUsage1個任務中調用OSStatInit(（見文件OS_CORE.C話說在調用系統(tǒng)啟動函數(shù)OSStart()之前，用戶初始代碼必須先建立一個任務，在這個任務中調用系統(tǒng)統(tǒng)計初始化函數(shù)程序L3.12初始化統(tǒng)計任務voidmain{ /*初始化uC/OS- /*創(chuàng)建用戶起始任務(為了方便討論，這里以TaskStart()作為起始任務) /*開始多任務調 }voidTaskStart(void{ /*/*創(chuàng)建用戶應用程序任for(;;)}}系統(tǒng)啟動函數(shù)t()的時候，μC/OS-Ⅱ只有3個要管理的任務：TaskStart的優(yōu)先級設為次低，OS_LOWEST_PR10-1。啟動任務TaskStart()總是優(yōu)先級最高的任務。F3.4μC/OS始化函數(shù)OSInit()，該函數(shù)初始化μC/OS-Ⅱ[圖F3.4(2)]。有的處理器（例如Motorola的MC68HC11）,不需要“設置”中斷向量，中斷向量已經在ROM中有了。用戶必須調用TaskStartF3.4(4)]]。TaskStart(F3.4(5)]。在這里啟動時鐘節(jié)拍是必要的，因OSStatInitOSTimeDly()2Ⅱ然后選下一個優(yōu)先級最高的進入就緒態(tài)的任務運行，這恰好是統(tǒng)計任務OSTaskStat()。讀者會在后面讀到OSTaskStat()的代碼，但粗看一下，OSTaskStat()所要做的第一件事就一定會是這樣，因為標志OSStatRdyOSInit()函數(shù)初始化為“假”，所以實際上OTaskIdl中，直到TaskStart()的延遲兩個時鐘節(jié)拍完成[圖3.4(10)]。兩個時鐘節(jié)拍之后，TaskStart(F3.4(11)]。在執(zhí)行OSStartInitOSIdleCtr其它進入就緒態(tài)的任務，OSTaskIdle()又獲得了CPU的控制權[圖F3.4(14秒鐘以后，TaskStart()繼續(xù)運行，還是在OSStatInit()中，空閑計數(shù)器將1秒鐘內計數(shù)的值存入空閑OSIdleCtrMaxF3.4(15)]。OSStarInit()將統(tǒng)計任務就緒標志OSStatRdy設為“真”[圖F3.4（16）]，以此來允許兩個OSTaskStat()CPU程序L3.13統(tǒng)計任務的初始化voidvoidOSStatInit{ =0L;OSIdleCtrMax=OSIdleCtr; =TRUE;}統(tǒng)計任務OSStat()的代碼程序L3.14所示。面一段中，已經討論了為什么要等待的任務消耗了多少CPU時間。當用戶的應用程序代碼加入以后，運行空閑任務的CPU時間就最大計數(shù)值是OSStatInit()在初始化時保存在計數(shù)器最大值OSIdleCtrMax中的。CPU利用率（表達式[3.1]）OSCPUsage[L3.14(2)]中的：[3.1]表達式[3.1]表達式Needtotypesetthe一旦上述計算完成，OSTaskStat()調用任務統(tǒng)計外界接入函數(shù)OSTaskStatHook()3程序L3.14統(tǒng)計任voidvoidOSTaskStat(void{INT32Urun;INT8Susage;pdatapdata=while(OSStatRdy==FALSE){OSTimeDly(2*OS_TICKS_PER_SEC);}for(;;)OSIdleCtrRun= =OSIdleCtr; =0L;if(OSIdleCtrMax>0L)usage=(INT8S)(100L-100L*run/OSIdleCtrMax);if(usage>100){OSCPUUsage=}elseif(usage<0){OSCPUUsage=0;}elseOSCPUUsage=}}elseOSCPUUsage=}}}μC/OS中的中斷處務子程序的示意碼如程序L3.15程L3.15μC/OS-II中的中斷服務子程序Motorola68020(68020再將寄存器加1，然后再寫回到變量OSIatNesting中去，就不如調用OSIatEnter()。證處理OSIntNesting時的排它性直接給OSIntNesting1比調用OSIntEnter()快得多，可能時，直接加1更好。要當心的是，在有些情況下，從OSIntEnter()返回時，會把中斷開用戶應用程序就會?。⊿IntNestin>0μCOS-F3.5[F35(1)]PUμC/SCPUCPU[F3.(2)]，CPU（）跳轉到中斷服務子程序[F35(3)]。如上所述，中斷服務子程序保存CPU寄存器（也叫做CPUcontext）[F.5(4)]，μC/OSOSIntnter()OSntNestig直接加1[F35(5)]3.5(6)]去做。中斷服務子程序通知某任務去做事的是調用以下函數(shù)之一：OMboxPos()，OSQPost()SQPostFont(SSemPos要調用OSInExit()F3.5(7)OSIntExit(CPU[35(8[3.(9OInExi間，因為這時要做任務切換[3.5(1)]。新任務的寄存器內容要恢復并執(zhí)行中斷返回指令[3.5(1)]。3.5進入中斷函數(shù)OSIntEnter()的代碼如程序L3.16所示，從中斷服務中退出函程序L3.16通知μC/OS-Ⅱ，中斷服務子程序開始了voidvoidOSIntEnter{}voidvoidOSIntExit{if((--OSIntNesting|OSLockNesting)==0){ =OSUnMapTbl[OSRdyGrp];程L3.17通知μC/OSOSPrioHighRdyOSPrioHighRdy=(INT8U)((OSIntExitY<<3)if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur){OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];}}}Y是保存在全程變量OSIntExitY中的[L3.17(3)]是為了避免在任務棧中安排局部變量。這個變量在哪兒和中斷任務切換函數(shù)OSIntCtxSw（見9.04.03節(jié)，中斷任務切換函OS_TASK_SW(OSSched()函數(shù)中那樣。首先是，如程序中L3.5(1)和圖F3.6(1)所示，一半的工作，即CPU寄存器入棧的工作移植μC/OS-Ⅱ。最后，調用OSIntCtxSw()時的返回地址又被推入了堆棧[L3.17(4)和有的微處理器，像Motorola68HC11中斷發(fā)生時CPU寄存器是自動入棧的，且要想允許務期間開中斷，也不需要調用OSIntEnter()或OSIntNesting加1。程序L3。18中的示/*程L3.18Motorola68HC11時鐘節(jié)μC/OS10次到100次之間，或者說10到100Hz。時鐘節(jié)拍率越高，系統(tǒng)的額外負荷就越重。時鐘50/60Hz將允許時鐘節(jié)拍器中斷放在系統(tǒng)初始化函數(shù)voidvoid{..../*/*初始化uC/OS-/*通過調用OSTaskCreate()創(chuàng)建至少一個任..;.. /*開始多任務調 }程L3.19啟動時鐘就節(jié)拍器的不正確做法這里潛在地是，時鐘節(jié)拍中斷有可能在μC/OS-Ⅱ啟動第一個任務之前發(fā)生，此時程序L3.20時鐘節(jié)拍中斷服務子程序的示意代voidvoid{}時鐘節(jié)拍函數(shù)OSTimeTick()的代碼如程序3.21所示。OSTimtick()以調用可由用戶定義的時鐘節(jié)拍外連函數(shù)OSTimTickHook()開始，這個外連函數(shù)可以將時鐘節(jié)拍函數(shù)工作要做。OSTimtick()中量大的工作是給每個用戶任務控制塊OS_TCB中的時間延時項OSTCBDly減1（如果該項不為零的話。OSTimTick()從OSTCBList開始，沿著OS_TCB鏈表voidvoidOSTimeTick{OS_TCBptcb=while(ptcb->OSTCBPrio!=OS_IDLE_PRIO){if(ptcb->OSTCBDly!=0)if(--ptcb->OSTCBDly==0)if(!(ptcb->OSTCBStat&OS_STAT_SUSPEND)) |=ptcb-OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY]|=ptcb-}elseptcb->OSTCBDly=}}}ptcb=ptcb->OSTCBNext;} }程L3.21時鐘節(jié)拍函數(shù)OSTimtick()OSTimeTick(OSTime()[L3.21(7)]累加從開機以來的時間，用的是一個無任務級調用OSTimeTick()，如程序L3.22所示。要想這么做，得建立一個高于應用程程序L3.22時鐘節(jié)拍任務TickTask()作時鐘節(jié)拍服務voidTickTask(void {{pdata=pdata;for(;;){ /**/}}用戶當然需要先建立一個郵箱（NULL）用于發(fā)信號給上述任何告知時鐘節(jié)拍中斷已經發(fā)生了（程序L3.23程序L3.23時鐘節(jié)拍中斷服務函數(shù)OSTickISR()做節(jié)拍服務voidvoid{發(fā)送一個‘空’消息((void*)1)到時鐘節(jié)拍的郵箱}μC/OS在調用μC/OS-Ⅱ的任何其它服務之前，μC/OSOS_CORE.C緒態(tài)。OSTaskStatOS_LOW