《uCOOS-II原理與ARM應(yīng)用程序設(shè)計》課件第4章

第四章μC/OS-Ⅱ內(nèi)核與面向任務(wù)程序設(shè)計

4.1μC/OS-Ⅱ內(nèi)核OS_CORE.C

4.2任務(wù)OS_TASK.C

4.3時間OS_TIME.C

4.4本章小結(jié)

μC/OS-Ⅱ是多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)，它的工作原理很簡單，這里通過一個實例來說明。例如，一家公司有255個員工，所有這些員工按職位分為255級(即不存在職位相同的員工)，公司里只有一個電話總機，每個員工都有一個分機，每個員工打外線電話，都需要通過同一個總機接外線。4.1μC/OS-Ⅱ內(nèi)核OS_CORE.C假定每個員工每次打電話的時間絕不會超過1分鐘?？倷C處有一個接線員管理。公司總經(jīng)理的職位最高，他打電話的優(yōu)先級為0；第一副經(jīng)理的職位第二，他打電話的優(yōu)先級為1；依次類推，職位最低的員工打電話的優(yōu)先級為254。因此，公司運作過程中總機電話業(yè)務(wù)有以下情況(假設(shè)接線員8點0分上班后，每1分鐘視察一下總機，這里的1分鐘即時鐘節(jié)拍)：

(1)接線員上班后，打開總機，檢查撥號的電話。如果此時所有員工同時撥號，當(dāng)然，接線員會使總經(jīng)理得到總機使用權(quán)，其他員工進入隊列。等總經(jīng)理打完后，再按優(yōu)先級調(diào)度，依次接通。

(2)如果在某個時刻總機空閑，此時，任一員工撥號，等到接線員視察總機時進行調(diào)度，把總機分配給他。

(3)如果在某個時刻總機空閑，此時，有多個員工同時撥號，等到接線員視察總機時，進行調(diào)度，把總機分配給最高職位的員工，其他員工進入等待隊列，等高職位的員工打完后，再依次接通。

(4)如果某個時刻總機正在被某個員工使用，此時，比他職位高的人正在撥號，則等到接線員視察總機時，中斷當(dāng)前的通話，使職位高的人先接通，等職位高的人打完電話后，再恢復(fù)剛才被中斷的員工的通話。如果此時又有多個人撥號，此時，接線員將進行調(diào)度，讓被中斷的員工和所有新?lián)芴柕膯T工中職位最高的人先使用總機，其他員工進入等待隊列。從這一步可以看出，如果某個職位低的員工正在使用總機，此時，即使總經(jīng)理撥號，也必須等到時鐘節(jié)拍來到后(即接線員視察或系統(tǒng)調(diào)度時)才能使總經(jīng)理得到總機，最長等待時間為1分鐘。但是如果該職位低的員工使用完總機后，還沒有到接線員視察總機的時刻，那么總機會自動調(diào)度給新?lián)芴柕母呗毼粏T工。即空閑總機不會調(diào)度，但是每個員工打完電話后都會自動調(diào)度一次。

(5)如果某個時刻總機正在被使用，更高職位的員工緊急撥號，此時，可通過“中斷”通知接線員立即進行調(diào)度，使高職位的員工使用總機，中斷原來的通話，使職位低的員工進入中斷狀態(tài)。

從接線員的角度出發(fā)來看待這一問題，其運作過程是這樣的：接線員每隔1分鐘視察一下總機，如果總機空閑，則什么都不做；如果此時只有一人在撥號中，則幫他接通；如果此時有多人在撥號中，則幫職位最高的人接通，把其他人放入等待隊列中，等職位高的人打完電話后，依次按職位高低自動接通；如果接線員在間隔中受到“中斷”指示，則立即進行臨時調(diào)度，如果當(dāng)前有員工在使用總機，則中斷他，使正在撥號的優(yōu)先級最高的人接通電話，其他人進入隊列。每個員工打完電話后，都會自動調(diào)度一次，這次調(diào)度不需要接線員干預(yù)。顯然，接線員相當(dāng)于總機切換的時鐘節(jié)拍，如果沒有接線員，總機無法切換，只能保持空閑狀態(tài)，整個公司的電話業(yè)務(wù)就會停止。如果把上述的員工視為任務(wù)，接線員視為時鐘節(jié)拍，則μC/OS-Ⅱ的基本工作原理也是如此。在μC/OS-Ⅱ中，創(chuàng)建好若干任務(wù)后，一般地，系統(tǒng)按任務(wù)的優(yōu)先級依次執(zhí)行一次后，各任務(wù)均進入延時等待狀態(tài)，時鐘節(jié)拍相當(dāng)于心臟的脈搏，在每個時鐘節(jié)拍處，將檢查處于就緒態(tài)的任務(wù)，進行任務(wù)(切換)調(diào)度，使就緒態(tài)任務(wù)中最高優(yōu)先級的任務(wù)得到CPU使用權(quán)，其他任務(wù)進入等待隊列。每個任務(wù)單次運行CPU占用的時間不能大于一個時鐘節(jié)拍。除了系統(tǒng)創(chuàng)建的空閑任務(wù)外，用戶創(chuàng)建的任務(wù)運行完后，系統(tǒng)將進行一次任務(wù)調(diào)度。時鐘節(jié)拍用于更新各個任務(wù)的延時。上述這種情況是各個任務(wù)都是獨立運行、互不通信的情況，μC/OS-Ⅱ允許多個任務(wù)間進行數(shù)據(jù)通信，此時，系統(tǒng)運行稍微復(fù)雜一點，即在任務(wù)調(diào)度時，會檢查用于任務(wù)間通信的信號量和郵箱。

所謂的任務(wù)，本質(zhì)上是帶有一個void*指針參數(shù)、無返回值的死循環(huán)函數(shù)。在μC/OS-ⅡV2.86版本中，用戶最多可以創(chuàng)建252個任務(wù)(μC/OS-ⅡV2.86最多支持255個任務(wù)，其中，系統(tǒng)創(chuàng)建的3個任務(wù)是空閑任務(wù)、統(tǒng)計任務(wù)和定時器任務(wù))。μC/OS-Ⅱ應(yīng)用程序就是由一個個的任務(wù)組成的，任務(wù)中再調(diào)用函數(shù)完成特定的功能。每個任務(wù)具有不同的優(yōu)先級，當(dāng)一個任務(wù)執(zhí)行完成后，把CPU的使用權(quán)交給μC/OS-Ⅱ內(nèi)核，進行任務(wù)調(diào)度，使處于就緒態(tài)的最高優(yōu)先級任務(wù)得到執(zhí)行權(quán)。當(dāng)μC/OS-Ⅱ內(nèi)核進行任務(wù)調(diào)度后，去執(zhí)行就緒態(tài)的具有最高優(yōu)先級的任務(wù)的過程，不是通常意義下的函數(shù)調(diào)用(可以說，任務(wù)在“創(chuàng)建”時就被調(diào)用了)，而是μC/OS-Ⅱ意義下的函數(shù)“返回”(或稱任務(wù)調(diào)用)，即返回到那個死循環(huán)函數(shù)(任務(wù))中執(zhí)行。通常意義下的函數(shù)調(diào)用是指：①保存當(dāng)前調(diào)用函數(shù)(程序)的環(huán)境，程序指針跳轉(zhuǎn)到被調(diào)用函數(shù)入口處，執(zhí)行完被調(diào)用函數(shù)后，從堆棧中恢復(fù)調(diào)用函數(shù)的環(huán)境，繼續(xù)執(zhí)行原程序；②調(diào)用函數(shù)和被調(diào)用函數(shù)共用相同的堆棧，實際上被調(diào)用函數(shù)沒有堆棧；③被調(diào)用函數(shù)的調(diào)用執(zhí)行是由調(diào)用函數(shù)發(fā)出的；④被調(diào)用函數(shù)被調(diào)用后立即執(zhí)行。而μC/OS-Ⅱ意義下的任務(wù)調(diào)用是指：①每個任務(wù)都有獨立的堆?？臻g，μC/OS-Ⅱ下的任務(wù)調(diào)用是先把當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行環(huán)境保存在它自己的堆棧中，然后從被調(diào)用任務(wù)的堆棧恢復(fù)被調(diào)用任務(wù)的環(huán)境，這兩個任務(wù)占用不同的堆?？臻g；②被調(diào)用任務(wù)的入口地址來自其堆棧，而不是函數(shù)標(biāo)號；③被調(diào)用函數(shù)的調(diào)用執(zhí)行是由μC/OS-Ⅱ調(diào)度器發(fā)出的，即由μC/OS-Ⅱ內(nèi)核調(diào)用的，而不是某個任務(wù)；④被調(diào)用任務(wù)進入就緒態(tài)，即可以執(zhí)行，但有可能不會立即執(zhí)行。所以，一定意義上，任務(wù)的調(diào)用可以理解為返回到那個函數(shù)去執(zhí)行，而不是調(diào)用那個函數(shù)來執(zhí)行。任務(wù)永遠(yuǎn)不會返回，當(dāng)前任務(wù)完成特定的功能后，釋放CPU占用權(quán)，進入等待態(tài)，等待下一個“該函數(shù)返回”。CPU空閑時，μC/OS-Ⅱ執(zhí)行系統(tǒng)定義的優(yōu)先級最低的空閑任務(wù)，這時，每個時鐘節(jié)拍到達(dá)時進行任務(wù)就緒態(tài)檢查和調(diào)度管理。

μC/OS-Ⅱ下的任務(wù)可以有5種狀態(tài)，即就緒態(tài)、執(zhí)行態(tài)、被中斷態(tài)、等待態(tài)和休眠態(tài)。就緒態(tài)表示該任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，隨時可以執(zhí)行，但由于其優(yōu)先級比正在運行的任務(wù)優(yōu)先級低，暫時得不到CPU執(zhí)行權(quán)，而在就緒列表中排隊；執(zhí)行態(tài)表示該任務(wù)獲得了CPU執(zhí)行權(quán)，正在運行；被中斷態(tài)表示該任務(wù)被中斷服務(wù)程序中斷了；等待態(tài)表示該任務(wù)在等待運行(一般地，等待某一事件的發(fā)生或超時信號，處于等待態(tài)的任務(wù)位于等待列表隊列中，與就緒態(tài)任務(wù)的區(qū)別在于，即使獲得了CPU使用權(quán)，等待態(tài)任務(wù)也不能得到執(zhí)行)；休眠態(tài)專指一個任務(wù)被刪除后的狀態(tài)(任務(wù)不能被從內(nèi)存中刪除，只是從任務(wù)列表中刪除，仍然位于內(nèi)存中，這種任務(wù)狀態(tài)稱為休眠態(tài))，可以調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)函數(shù)，使任務(wù)轉(zhuǎn)到就緒態(tài)。任務(wù)中可以調(diào)用各種函數(shù)，被任務(wù)調(diào)用的函數(shù)是通常意義上的函數(shù)，但是，在μC/OS-Ⅱ中，要求這些被調(diào)用函數(shù)為可重入函數(shù)。所謂的可重入函數(shù)，是指只使用局部變量而不使用全局變量的函數(shù)，這樣被多個任務(wù)調(diào)用時，每個任務(wù)下可重入函數(shù)都有自己獨立的數(shù)據(jù)，不會造成數(shù)據(jù)變量使用的混亂。如果一個函數(shù)使用了全局變量，而這個全局變量被某個任務(wù)修改后，后繼調(diào)用這個函數(shù)的任務(wù)都將使用被修改了的全局變量，從而得到意想不到的結(jié)果。所以，在μC/OS-Ⅱ下編寫的函數(shù)都應(yīng)該是可重入函數(shù)，即不使用全局變量、只使用局部變量的函數(shù)。4.1.1任務(wù)控制塊

每個任務(wù)都與一個任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu)體變量相關(guān)聯(lián)，用于保存該任務(wù)的工作狀態(tài)。任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu)體類型在ucos_ii.h中定義，代碼如下：上述代碼中預(yù)編譯常量均在os_cfg.h中定義(實際上，所有的預(yù)編譯常量均在os_cfg.h中定義，通過修改這些常量的值為0，可以大幅度地裁剪μC/OS-Ⅱ代碼長度)。第2行OSTCBStkPtr表示指向當(dāng)前任務(wù)的堆棧指針，每個任務(wù)都具有獨立的堆?？臻g，且空間大小隨意指定。第4～10行表示如果使用OSTaskCreateExt函數(shù)創(chuàng)建任務(wù)，其任務(wù)控制塊中需要有第5～9行的成員，即OSTCBExtPtr指向用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于擴展任務(wù)控制塊數(shù)據(jù)；OSTCBStkBottom是指向該任務(wù)堆棧棧底的指針；OSTCBStkSize為堆棧大小；

OSTCBOpt為選項，一般只能取四個值或其組合，即OS_TASK_OPT_NONE(在ucos_ii.h中宏定義為0)、OS_TASK_OPT_STK_CHK(值為1)、OS_TASK_OPT_STK_

CLR(值為2)或OS_TASK_OPT_SAVE_FP(值為4)，其中，OS_TASK_OPT_STK_CHK表示使能堆棧檢查，OS_

TASK_OPT_STK_CLR表示創(chuàng)建堆棧時將堆棧空間清為0，這二者常組合在一起使用；OSTCBId表示任務(wù)ID號，取值為0～65535，用戶可以使用這個ID號作為數(shù)組索引，在μC/OS-Ⅱ內(nèi)核中并沒有意義。第12～13行為任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu)體指針，OSTCBNext指向下一個任務(wù)控制塊，OSTCBPrev指向前一個任務(wù)控制塊，這兩個指針把所有任務(wù)的任務(wù)控制塊連成一個雙向鏈表，每個任務(wù)在創(chuàng)建時，將其任務(wù)控制塊插入鏈表中。第16行OSTCBEventPtr為指向事件控制塊的指針；第20行為指向多事件控制塊的指針，多事件請求處理機制是μC/OS-ⅡV2.86新添加的特性。第24行表示指向傳遞給任務(wù)的消息或消息隊列的指針。第29行為指向事件標(biāo)志節(jié)點的指針；第31行為事件標(biāo)志就緒狀態(tài)變量。第34行OSTCBDly表示任務(wù)的延時節(jié)拍數(shù)；第35行OSTCBStat保存任務(wù)狀態(tài)；第36行OSTCBStatPend保存任務(wù)掛起狀態(tài)；第37行OSTCBPrio為任務(wù)優(yōu)先級，0級最高。第39～47行與任務(wù)就緒表有關(guān)，OSTCBX是優(yōu)先級分組的位索引，OSTCBY是優(yōu)先級就緒表的索引，OSTCBBitX是訪問就緒表位的位屏蔽，OSTCBBitY是訪問優(yōu)先級分組位的位屏蔽。第41行判斷OS_LOWEST_PRIO是否小于等于63，如果是的話，OSTCBBitX和OSTCBBitY均為8位無符號整型變量，否則為16位無符號整型變量。

第50行表示任務(wù)是否需要刪除自身。第53～59行為5個任務(wù)調(diào)度變量，分別記錄任務(wù)切換次數(shù)、任務(wù)執(zhí)行總時鐘周期、任務(wù)循環(huán)計數(shù)、任務(wù)堆棧首地址和堆棧使用量等調(diào)試信息。第62行為任務(wù)名稱，主要用作調(diào)試信息。在第4.2節(jié)的實例中，可以單步執(zhí)行查看每個任務(wù)的任務(wù)控制塊內(nèi)容，在調(diào)試模式下，通過菜單“View|Locals”查看。4.1.2事件控制塊

事件控制塊結(jié)構(gòu)體用于記錄任務(wù)間通信的信息，該結(jié)構(gòu)體類型將在第五章中使用，其在ucos_ii.h中的定義如下：上述代碼第3行OSEventType表示事件類型，在ucos_ii.h中定義的事件類型有7種，即

#defineOS_EVENT_TYPE_UNUSED 0u

#defineOS_EVENT_TYPE_MBOX 1u

#defineOS_EVENT_TYPE_Q 2u

#defineOS_EVENT_TYPE_SEM 3u

#defineOS_EVENT_TYPE_MUTEX 4u

#defineOS_EVENT_TYPE_FLAG 5u

#defineOS_TMR_TYPE

100u分別表示空類型、郵箱、隊列、信號量、互斥量、標(biāo)志和定時器類型。第4行OSEventPtr為指向郵箱或隊列的指針。第5行OSEventCnt為信號量計數(shù)值，如果為其他事件類型則該成員不使用。第6～12行的OSEventGrp和OSEventTble分別為等待事件的任務(wù)分組和任務(wù)列表。第15行為事件名，一般用作調(diào)試。

在第5章實例ex5_1中可以查看事件控制塊變量的內(nèi)容。

在ucos_ii.h中還定義了事件標(biāo)志控制塊、消息郵箱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存控制塊、互斥量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、消息列隊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、信號量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、定時器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)類型，在使用這些數(shù)據(jù)類型時再作介紹，這里不詳細(xì)說明了，讀者可直接參考ucos_ii.h文件。任務(wù)堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

1#ifOS_TASK_CREATE_EXT_EN>0

2typedefstructos_stk_data{

3INT32UOSFree; /*Numberoffreebytesonthestack*/

4INT32UOSUsed;/*Numberofbytesusedonthestack*/

5}OS_STK_DATA;

6#endif

上述代碼第3行OSFree表示堆棧中沒有使用的字節(jié)數(shù)；第4行表示堆棧中已使用的字節(jié)數(shù)。4.1.3就緒表

μC/OS-Ⅱ是多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的核心功能是任務(wù)調(diào)度，即當(dāng)一個任務(wù)發(fā)生切換時，μC/OS-Ⅱ需要在眾多已經(jīng)就緒的任務(wù)中找到優(yōu)先級最高的任務(wù)。為了實現(xiàn)快速查找，J.J.Labrosse使用查表的方法。他設(shè)計了一個表，表中的元素為位，可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級將就緒任務(wù)填入表格的某位，同樣，由表格中的一些位可直接算得任務(wù)的優(yōu)先級。這樣，任務(wù)一旦就緒，其表格中相應(yīng)的某位就按既定算法置位；任務(wù)調(diào)度時，根據(jù)表格中所有已置位的位，直接算出優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)。設(shè)ptcb為某任務(wù)的任務(wù)控制塊變量，則使用以下語句將就緒任務(wù)填入就緒表中，這里的OSRdyGrp和OSRdyTbl即為Labrosse設(shè)計的表。

OSRdyGrp|=ptcb->OSTCBBitY; /*No,Makeready*/

OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY]|=ptcb->OSTCBBitX;

而OSTCBBitY和OSTCBBitX由以下語句算出(位于os_core.c中第1960行)：

結(jié)合圖4-1來理解任務(wù)就緒表的賦值操作。圖4-1中HPT表示最高優(yōu)先級任務(wù)，LPT表示最低優(yōu)先級任務(wù)，HPT(0)表示0為最高優(yōu)先級任務(wù)。OSRdyGrp和OSRdyTbl的大小依賴于OS_LOWEST_PRIO(位于os_cfg.h中，在ex4_1實例中修改為254)。圖4-1任務(wù)就緒表根據(jù)上述代碼和圖4-1，如果任務(wù)的優(yōu)先級為190(大于63)，則OSTCBY=11，OSTCBX=14，OSTCBBitY=0x0800，OSTCBBitX=0x4000；如果該任務(wù)就緒了，且OSRdyGrp和OSRdyTbl都為0，則OSRdyGrp=0x0800，OSRdyTbl[11]為0x4000。在這個基礎(chǔ)上，另一個優(yōu)先級為28的任務(wù)就緒了，則它的OSTCBY=1，OSTCBX=12，OSTCBBitY=0x0002，OSTCBBitX=0x1000。此時任務(wù)就緒表的OSRdyGrp=0x0802，OSRdyTbl[1]=0x1000，OSRdyTbl[11]=0x4000。然后，優(yōu)先級為0x31的任務(wù)也就緒了，且上述兩個任務(wù)還沒有進入執(zhí)行狀態(tài)，可以算得OSRdyGrp=0x0802，OSRdyTbl[1]=0x9000，OSRdyTbl[11]=0x4000，如圖4-2所示。圖4-2表格中的空格均為0。圖4-2三個任務(wù)的就緒表從圖4-2及上述推算過程知，有幾個任務(wù)就緒，OSRdyTbl中就有多少個1；如果OSRdyTbl中的某一行至少有一個1，則OSRdyGrp中對應(yīng)的位就為1。

由上述過程，可以依據(jù)一個任務(wù)的優(yōu)先級得到它在就緒表中的位置。相反地，可以由就緒表的位，直接算得就緒表中的最高優(yōu)先級的任務(wù)的優(yōu)先級號。

假設(shè)就緒表如圖4-2所示(這里只有三個就緒任務(wù)，讀者可以自己演算更復(fù)雜的)，在os_core.c中定義常量數(shù)組OSUnMapTbl如下：1INT8UconstOSUnMapTbl[256]={

20,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x00to0x0F*/

34,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x10to0x1F*/

45,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x20to0x2F*/

54,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x30to0x3F*/

66,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x40to0x4F*/

74,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x50to0x5F*/

85,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x60to0x6F*/

94,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x70to0x7F*/107,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x80to0x8F*/

114,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x90to0x9F*/

125,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xA0to0xAF*/

134,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xB0to0xBF*/

146,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xC0to0xCF*/

154,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xD0to0xDF*/

165,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xE0to0xEF*/

174,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0 /*0xF0to0xFF*/

18};

由圖4-2推算就緒任務(wù)的最高優(yōu)先級號的算法(來自os_core.c)為按上述代碼和圖4-2易推算得，y=1，*ptbl=0x9000，就緒任務(wù)中的最高優(yōu)先級為OSPrioHighRdy=16+4+8=28。μC/OS-Ⅱ最多支持255個優(yōu)先級，使用查表方法速度很快，占用RAM空間也不多，而最新的μC/OS-Ⅲ支持無限多個優(yōu)先級，顯然不能用查表方法，作者可能使用了一種基于鏈表的新算法。4.1.4空閑任務(wù)和統(tǒng)計任務(wù)

在os_cfg.h中定義了OS_LOWEST_PRIO后，系統(tǒng)將自動把該優(yōu)先級分配給空閑任務(wù)(即沒有用戶任務(wù)執(zhí)行的狀態(tài)下運行的任務(wù)，位于os_core.c中)，其代碼如下：上述代碼是一個簡單的死循環(huán)體，空閑記數(shù)器OSIdleCtr不斷累加(第12行)。用戶可以添加自定義代碼(添加到OSTaskIdleHook鉤子函數(shù)中)，使進入空閑狀態(tài)的任務(wù)點亮LED燈提示或使CPU工作于省電模式。

統(tǒng)計任務(wù)(位于os_core.c中)的代碼如下：由上述代碼可知，統(tǒng)計任務(wù)開始工作(即進入死循環(huán))后，要計算CPU的使用率OSCPUUsage(第24行)，然后進行任務(wù)堆棧的檢查，最后，延時0.1秒進入任務(wù)切換。用戶可以通過鉤子函數(shù)OSTaskStatHook插入自定義的代碼。統(tǒng)計任務(wù)需要一個初始化函數(shù)OSStatInit，這個函數(shù)需在調(diào)用OSInit后和進入多任務(wù)前調(diào)用。

μC/OS-Ⅱ代碼中有大量的預(yù)編譯指令代碼，這些預(yù)編譯常量一般在os_cfg.h中定義，用于對μC/OS-Ⅱ內(nèi)核代碼進行裁剪。對于UP-Star實驗板來說，由于其具有32MB的RAM空間，無需進行裁剪。對于RAM空間較小的單片機系統(tǒng)板，則往往需要裁剪。4.1.5時鐘節(jié)拍

μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)借助一個時鐘節(jié)拍實現(xiàn)任務(wù)的延時管理和超時調(diào)度，時鐘節(jié)拍由定時器中斷服務(wù)程序調(diào)用，必須在調(diào)用了OSStart后才能開啟時鐘節(jié)拍！

在后面的實例ex4_1中，使用S3C2410A的內(nèi)部定時器4實現(xiàn)時鐘節(jié)拍功能，即在其中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用OSTimeTick，完整代碼可參閱bsp.c文件，這里不再列出。時鐘節(jié)拍的任務(wù)調(diào)度均由匯編語言編寫，位于os_cpu_a.asm(或os_cpu_a.s)中，這里也不再羅列。

為了使時鐘節(jié)拍的頻率為OS_TICKS_PER_SEC(位于os_cfg.h中第51行)所宏定義的值，必須設(shè)置定時器4的中斷信號頻率為OS_TICKS_PER_SEC，一般為100Hz。

由上述內(nèi)容可知，本小節(jié)內(nèi)容與μC/OS-Ⅱ的移植關(guān)系密切。4.1.6μC/OS-Ⅱ初始化

將第4.2節(jié)的實例ex4_1的主程序代碼羅列如下：由上述代碼可知，μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)的啟動分為三步，即調(diào)用OSInit初始化系統(tǒng)、創(chuàng)建任務(wù)(這里使用了OSTaskCreateExt)、調(diào)用OSStart啟動多任務(wù)。一般地，在第一個創(chuàng)建的任務(wù)代碼中添加創(chuàng)建其他任務(wù)的代碼，這個在主函數(shù)(main)中創(chuàng)建的任務(wù)稱為“引導(dǎo)”任務(wù)，而在其中創(chuàng)建的任務(wù)稱為“工作”任務(wù)。引導(dǎo)任務(wù)只用來創(chuàng)建一些工作任務(wù)，本身沒有太大意義；工作任務(wù)是用來完成特定功能的任務(wù)。

進入到os_core.c中可查得OSInit的代碼如下：上述代碼完成了μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)的初始化，包括初始化全局變量、任務(wù)控制塊、事件控制塊、內(nèi)存控制塊、創(chuàng)建統(tǒng)計任務(wù)、初始化堆棧、定時器管理任務(wù)等內(nèi)容，讀者可通過單步調(diào)試工程ex4_1獲得更多的信息。其實，Labrosse先生完全可以把OSStatInit函數(shù)通過預(yù)編譯指令加入到OSInit中(第29行以后)。

在os_core.c中可查得OSStart函數(shù)的代碼如下：第3行OSRunning為真(OS_TRUE)時表示多任務(wù)工作開始了；如果為OS_FALSE，則表示系統(tǒng)還沒有工作，此時第4～8行查找最高優(yōu)先級的任務(wù)，然后開始多任務(wù)調(diào)度工作。在OSStartHighRdy中將OSRunning置為OS_TURE(即1)。

μC/OS-Ⅱ意義下的任務(wù)是一個無限循環(huán)的函數(shù)，即任務(wù)被創(chuàng)建時即相當(dāng)于被“執(zhí)行”了，這里的“執(zhí)行”只是完成了任務(wù)的入棧操作，并沒有執(zhí)行任務(wù)代碼；當(dāng)任務(wù)被“調(diào)用”時，即程序切換到該任務(wù)執(zhí)行時，相當(dāng)于程序返回到該任務(wù)去執(zhí)行，即有一個出棧過程。任務(wù)中可以加入一些初始化代碼，但其主體代碼位于while(1)或for(;;)死循環(huán)中。如果只想讓任務(wù)執(zhí)行一次就退出，則需在死循環(huán)中加入OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)語句。

本節(jié)將介紹第一章表1-4中一些函數(shù)的使用方法。首先建立一個工程ex4_1。4.2任務(wù)OS_TASK.C4.2.1工程ex4_1

在工程ex3_2的基礎(chǔ)上新建工程ex4_1，保存目錄為D:\ZYUCOSII\ex4_1，此時的工程ex4_1與ex3_2完全相同，只是工程文件名更改為ex4_1，如圖4-3所示。圖4-3工程ex4_1的最初版本在圖4-3的基礎(chǔ)上，需要修改的文件有app.c、appfun.c、app.h、includes.h、bsp.c、os_cfg.h等。其中，os_cfg.h中僅是把其第39行中的OS_LOWEST_PRIO宏定義值由63更改為254；includes.h文件中添加了一行“#include"math.h"”，用于計算數(shù)學(xué)函數(shù)；bsp.c文件中把函數(shù)myInitUART0中的串口0初始化波特率值設(shè)為115200bps，這個函數(shù)的代碼如下：

1//InitializeUART0

2voidmyInitUART0(void)

3{

4//SetGPH3:2asRXD0:TXD0

5GPHCON=0xA0;6

7//UBRDIV0=0x270,SetUART0Baudrate:4800bps,8-bit,1-bitstop

8//UBRDIV0=0x19,SetUART0Baudrate:115200bps,8-bit,1-bitstop

9UFCON0=0x0;

10UMCON0=0x0;

11ULCON0=0x03;

12UCON0=0x05;

13UBRDIV0=0x19;

14}

app.h文件中添加了一些任務(wù)(或函數(shù))的原型定義，完整的代碼如下：

1/*FileName:app.h

2**Byzhnyong@21

3**@2009-4-4

4**CopyrightReserved

5*/

6

7#ifdefMY_APP_GLOBALS

8#defineMY_APP

9#else

10#defineMY_APPextern

11#endif上述代碼中，第42～45行宏定義了4個任務(wù)的優(yōu)先級，為5～8；第47行宏定義了AppTaskStart任務(wù)的堆棧大??；第48行宏定義了其他任務(wù)的堆棧大小。第34行N_TASKS表示用戶創(chuàng)建任務(wù)的個數(shù)，其ID號在第36～39行宏定義，堆棧在第50～54行定義，任務(wù)的原型在第65、67～69行聲明。

app.c和appfun.c的內(nèi)容將在第4.2.2和第4.2.3節(jié)介紹。

工程ex4_1運行時，可以看到三個LED燈每隔1秒閃爍，同時，串口調(diào)試助手中顯示一些信息，如圖4-4和圖4-5所示。圖4-4工程ex4_1運行情況圖4-5串口調(diào)試助手顯示情況比較圖4-4和圖4-5可以看出，使用C-SPY顯示的系統(tǒng)堆棧信息和串口調(diào)試助手顯示的信息完全一致，工程ex4_1中共有7個任務(wù)，4個用戶創(chuàng)建任務(wù)，CPU利用率約1%，每秒任務(wù)切換約為42(圖4-5由于運行時間太短，顯示的切換統(tǒng)計數(shù)33不太準(zhǔn)確，請讀者自己分析原因，并根據(jù)圖4-4推算準(zhǔn)確任務(wù)切換數(shù))。圖4-5中還顯示了當(dāng)前μC/OS-Ⅱ的版本號為V2.86，并且顯示了30度角的正弦值。4.2.2主程序app.c

app.c的完整代碼如下：

1/*FileName:app.c

2**Byzhnyong@21

3**@2009-4-4

4**MainRoutine

5**CopyrightReserved

6*/

7

8#include"includes.h"

9

10voidmain(void)

11{基于μC/OS-Ⅱ的主函數(shù)main，首先調(diào)用OSInit進行系統(tǒng)初始化(第12行)，然后調(diào)用OSTaskCreateExt創(chuàng)建一個用戶任務(wù)AppTaskStart(第13行)，之后調(diào)用OSStart函數(shù)開始多任務(wù)調(diào)度(第22行)。

μC/OS-Ⅱ中有兩個創(chuàng)建任務(wù)的函數(shù)，即OSTaskCreate和OSTaskCreateExt，這兩個函數(shù)的原型位于ucos_ii.h中，如下所示：

OSTaskCreate有4個參數(shù)，依次傳遞任務(wù)名(函數(shù)名)、任務(wù)參數(shù)、任務(wù)堆棧頂?shù)刂?、任?wù)優(yōu)先級(第2～5行)。OSTaskCreateExt是OSTaskCreate的擴展，有9個參數(shù)，依次傳遞任務(wù)名、任務(wù)參數(shù)、任務(wù)堆棧頂?shù)刂?、任?wù)優(yōu)先級、任務(wù)ID號、任務(wù)堆棧底地址、任務(wù)堆棧大小、用戶自定義數(shù)據(jù)地址、指定是否允許堆棧檢查和清零等的選項值。

Labrosse建議用戶使用OSTaskCreateExt創(chuàng)建任務(wù)，這類任務(wù)可以用C-SPY調(diào)試器查看堆棧使用情況。例如，在文件app.c中的第13行，創(chuàng)建的任務(wù)名為AppTaskStart；任務(wù)參數(shù)為空；棧頂?shù)刂窞锳ppTaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE-1]；優(yōu)先級為AppTaskStartPrio；ID號為AppTaskStartID；棧底地址為AppTaskStartStk[0]；棧大小為TASK_START_STK_SIZE；用戶數(shù)據(jù)為空；選項為OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_

OPT_STK_CLR，表示任務(wù)堆棧檢查和清零。4.2.3任務(wù)程序appfun.c

文件appfun.c的完整代碼如下：

1/*FileName:appfun.c

2**Byzhnyong@21

3**@2009-4-4

4**CopyrightReserved

5*/

6

7#defineMY_APP_GLOBALS

8#include"includes.h"

9

上述代碼第10～60行為LED相關(guān)的代碼，只需對第41～60行的代碼作一說明即可。參考第一章圖1-31，三個LED燈接在GPC5～7引腳上，第44行讀取這三個引腳的值；第48行為讀出值與0x0020異或，這樣，只有LED1燈的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其他兩個燈的狀態(tài)不變，這表現(xiàn)為LED1會閃爍；同理，第51、54和57行分別實現(xiàn)LED2、LED3以及LED1～3的狀態(tài)變化，即實現(xiàn)LED燈的閃爍。

第61～69行為開定時器4中斷。第70～113行為串口0相關(guān)的函數(shù)，實現(xiàn)了串口0的字節(jié)讀/寫以及字符串的輸出功能。第117～156行為AppTaskStart任務(wù)的代碼。第129行調(diào)用OSVersion函數(shù)獲得μC/OS-Ⅱ的版本號，這里返回的值為286；第130行將os_version變量的值格式化賦給字符串sOsVer；第131行通過串口0輸出；第134～136行計算30度角的正弦值，并通過串口輸出。

第138～140行開定時器4。第138行為關(guān)中斷操作，這樣第139行代碼執(zhí)行過程中不受干擾；第140行恢復(fù)CPU的狀態(tài)(注意，這里只是恢復(fù)，并沒有開中斷。如果中斷原來是關(guān)閉的，則第140行執(zhí)行完后，中斷仍然是關(guān)閉的)。

第142行調(diào)用OSStatInit初始化統(tǒng)計任務(wù)用到的一些全局量。第144行調(diào)用自定義函數(shù)TaskStartCreateTasks創(chuàng)建一些任務(wù)，后面會介紹。

第146行將當(dāng)前任務(wù)命名為AppTaskStart。

第148～155為死循環(huán)體。第150行將CPU利用率和任務(wù)切換數(shù)格式化輸出到字符串s；第151行將s通過串口輸出；第153行清除任務(wù)切換數(shù)；第154行延時3秒。

第157～190行借助OSTaskCreateExt創(chuàng)建了三個任務(wù)。與第4.2.2節(jié)app.c中第20行不同的地方是，這里的第168、178、188行均使用一個自定義結(jié)構(gòu)體類型變量，用于傳遞用戶數(shù)據(jù)，這里的TaskUserData變量在app.h中定義，有任務(wù)名、任務(wù)運行次數(shù)、任務(wù)單次運行時間等三個成員。第191～256行為三個任務(wù)的函數(shù)體，這里只解釋第191～224行的任務(wù)1。第200行為任務(wù)1命名，OSTaskNameSet函數(shù)有三個參數(shù)，分別為任務(wù)優(yōu)先級(OS_PRIO_SELF表示任務(wù)本身)、任務(wù)名字符串和調(diào)用成功與否的提示信息。第205行調(diào)用OSTaskStkChk函數(shù)檢查任務(wù)堆棧，OSTaskStkChk有兩個參數(shù)，即任務(wù)的優(yōu)先級和指向記錄堆棧信息的結(jié)構(gòu)體變量指針，該結(jié)構(gòu)體類型OS_STK_DATA參見第4.1.2節(jié)。第209～215行將堆棧使用情況通過串口0輸出。第218行調(diào)用OSTimeGet獲得系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的總計數(shù)值。對比第222、242和254行，可知任務(wù)1、2、3的延時分別為10秒、5秒和1秒，因此它們的執(zhí)行次數(shù)的比值為1:2:10，在圖4-5中向下拉動窗口滾動條會觀察到這種情況。第258～263行定義了一個函數(shù)DispTaskStat，輸入?yún)?shù)為任務(wù)的優(yōu)先級，該函數(shù)輸出自定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組變量TaskUserData的內(nèi)容。

綜上所述，AppTaskStart任務(wù)的功能為：當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行時，輸出μC/OS-Ⅱ版本號，計算并輸出sin(30°)的值；然后，打開定時器4中斷，初始化統(tǒng)計任務(wù)全局變量，創(chuàng)建三個任務(wù)，設(shè)置任務(wù)名為AppTaskStart；進入任務(wù)循環(huán)體后，每隔3秒輸出任務(wù)數(shù)、CPU利用率和任務(wù)每秒切換次數(shù)。AppTask_1任務(wù)的功能為：第一次執(zhí)行時，設(shè)置任務(wù)名為AppTask_1；進入任務(wù)循環(huán)體后，每隔10秒，輸出三個用戶任務(wù)使用堆棧的情況以及總的時鐘節(jié)拍計數(shù)。

AppTask_2任務(wù)的功能為：第一次執(zhí)行時，初始化TaskUserData的成員TaskCtr，將任務(wù)命名為AppTask_2；進入任務(wù)循環(huán)體后，每隔5秒調(diào)用函數(shù)DispTaskStat顯示各個任務(wù)的用戶信息，即任務(wù)名和執(zhí)行次數(shù)。AppTask_3任務(wù)的功能為：第一次執(zhí)行時，關(guān)閉所有LED燈，將任務(wù)命名為AppTask_3；進入任務(wù)循環(huán)體后，每隔1秒，三個LED燈閃爍一次。

本小節(jié)中使用的OSVersion、OSTaskNameSet、OSTimeDly、OSTaskCreateExt、OSTimeDlyHMSM等函數(shù)的詳細(xì)說明可以參考“μC/OS-ⅡReferenceManual”手冊(位于第1.1節(jié)中的Micrium-uCOS-Ⅱ-V286.ZIP壓縮包中)。這個手冊中包含了幾乎所有μC/OS-Ⅱ的常用函數(shù)。4.2.4工程ex4_2

第一章表1-4中函數(shù)OSTaskCreate在第三章已用到了，工程ex4_1中沒有出現(xiàn)的函數(shù)有OSTaskDel、OSTaskDelReq、OSTaskSuspend、OSTaskResume、OSTaskNameGet、OSTaskQuery和OSTaskChangePrio。為了介紹這些函數(shù)的使用方法，在工程ex4_1的基礎(chǔ)上，新建工程ex4_2，保存在目錄D:\ZYUCOSII\ex4_2中(新建的工程與ex4_1完全相同，只是工程文件名改為ex4_2)。然后，僅修改appfun.c文件的AppTask_1和AppTask_3函數(shù)即得工程ex4_2。

任務(wù)AppTask_1和AppTask_3的內(nèi)容如下：

1voidAppTask_1(void*pdata)

2{

3OS_STK_DATAstkData;

4INT8Uerr;

5INT8Ui;

6INT8Us[80];

7INT32UstkSize;修改的內(nèi)容從第36行開始，判斷時鐘節(jié)拍計數(shù)值是否大于4000而小于6000，即經(jīng)過40秒而不超過60秒時，第38～39行判斷優(yōu)先級為AppTask_3_Prio的任務(wù)(即任務(wù)3)是否存在，如果存在，則第41行調(diào)用OSTaskDelReq函數(shù)請求任務(wù)3刪除自己。這里的OSTaskDelReq函數(shù)只有一個參數(shù)，即任務(wù)優(yōu)先級，該函數(shù)向?qū)⒈粍h除的任務(wù)發(fā)出刪除請求，它本身不刪除任務(wù)。在第107行任務(wù)3判斷有沒有任務(wù)請求它刪除它自身，如果有，則第109行調(diào)用OSTaskDel刪除任務(wù)3。當(dāng)tickCur>4000時，即經(jīng)過40秒后，任務(wù)3將被刪除，這里，三個LED燈不再閃爍?？山Y(jié)合串口調(diào)試助手觀察時間的變化。

從第45行開始，將判斷時鐘節(jié)拍是否大于6000而小于8000，如果是，則進一步判斷任務(wù)3是否存在(第47～48行)，如果不存在，則調(diào)用OSTaskCreateExt重新創(chuàng)建任務(wù)3。也就是說，到60秒的時候，三個LED燈間隔了20秒后重新開始閃爍了。

第62行，即時鐘節(jié)拍到了8000次以上而不超過10000次時，將調(diào)用OSTaskSuspend掛起任務(wù)3。OSTaskSuspend只有一個參數(shù)，即任務(wù)的優(yōu)先級，與OSTaskResume的作用相反，被掛起的任務(wù)只能調(diào)用OSTaskResume恢復(fù)運行。因此，到80秒的時候，三個LED燈又不再閃爍了。間隔20秒后，到了第67～70行，調(diào)用OSTaskResume恢復(fù)任務(wù)3，這時三個LED燈繼續(xù)開始閃爍了。

然后，到了第72行，即到