(一) uC/OS-II 簡介

uC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的可搶先的硬實時內核。自從92年發(fā)布以來,在世界各地都獲得了廣泛的應用,它是一種專門為嵌入式設備設計的內核,目前已經(jīng)被移植到40多種不同結構的CPU上,運行在從8位到64位的各種系統(tǒng)之上。尤其值得一提的是,該系統(tǒng)自從2.51版本之后,就通過了美國FAA認證,可以運行在諸如航天器等對安全要求極為苛刻的系統(tǒng)之上。鑒于uC/OS-II可以免費獲得代碼,對于嵌入式RTOS而言,選擇uC/OS無疑是最經(jīng)濟的選擇。

(二) uC/OS-II　應用程序基本結構

應用uC/OS-II,自然要為它開發(fā)應用程序,下面論述基于uC/OS-II的應用程序的基本結構以及注意事項。

每一個uC/OS-II應用至少要有一個任務。而每一個任務必須被寫成無限循環(huán)的形式。以下是推薦的結構：

void task ( void* pdata )

{

INT8U err;

InitTimer(); // 可選

For( ;; )

{

// 你的應用程序代碼

…….

……..

OSTimeDly(1); // 可選

}

}

以上就是基本結構,至于為什么要寫成無限循環(huán)的形式呢?那是因為系統(tǒng)會為每一個任務保留一個堆?？臻g,由系統(tǒng)在任務切換的時候換恢復上下文,并執(zhí)行一條reti 指令返回。如果允許任務執(zhí)行到最后一個花括號(那一般都意味著一條ret指令)的話,很可能會破壞系統(tǒng)堆?？臻g從而使應用程序的執(zhí)行不確定。換句話說,就是“跑飛”了。所以,每一個任務必須被寫成無限循環(huán)的形式。程序員一定要相信,自己的任務是會放棄CPU使用權的,而不管是系統(tǒng)強制(通過ISR)還是主動放棄(通過調用OS API)。

現(xiàn)在來談論上面程序中的InitTimer()函數(shù),這個函數(shù)應該由系統(tǒng)提供,程序員有義務在優(yōu)先級最高的任務內調用它而且不能在for循環(huán)內調用。注意,這個函數(shù)是和所使用的CPU相關的,每種系統(tǒng)都有自己的Timer初始化程序。在uC/OS-II的幫助手冊內,作者特地強調絕對不能在OSInit()或者OSStart()內調用Timer初始化程序,那會破壞系統(tǒng)的可移植性同時帶來性能上的損失。所以,一個折中的辦法就是象上面這樣,在優(yōu)先級最高的程序內調用,這樣可以保證當OSStart()調用系統(tǒng)內部函數(shù)OSStartHighRdy()開始多任務后,首先執(zhí)行的就是Timer初始化程序?；蛘邔ｉT開一個優(yōu)先級最高的任務,只做一件事情,那就是執(zhí)行Timer初始化,之后通過調用OSTaskSuspend()將自己掛起來,永遠不再執(zhí)行。不過這樣會浪費一個TCB空間。對于那些RAM吃緊的系統(tǒng)來說,還是不用為好。

(三) 一些重要的uC/OS-II API介紹

任何一個操作系統(tǒng)都會提供大量的API供程序員使用,uC/OS-II也不例外。由于uC/OS-II面向的是嵌入式開發(fā),并不要求大而全,所以內核提供的API也就大多和多任務息息相關。主要的有以下幾類：

1)任務類

2)消息類

3)同步類

4)時間類

5)臨界區(qū)與事件類

我個人認為對于初級程序員而言,任務類和時間類是必須要首先掌握的兩種類型的API。下面我就來介紹比較重要的：

1) OSTaskCreate函數(shù)

這個函數(shù)應該至少再main函數(shù)內調用一次,在OSInit函數(shù)調用之后調用。作用就是創(chuàng)建一個任務。目前有四個參數(shù),分別是任務的入口地址,任務的參數(shù),任務堆棧的首地址和任務的優(yōu)先級。調用本函數(shù)后,系統(tǒng)會首先從TCB空閑列表內申請一個空的TCB指針,然后將會根據(jù)用戶給出參數(shù)初始化任務堆棧,并在內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。

2) OSTaskSuspend函數(shù)

這個函數(shù)很簡單,一看名字就該明白它的作用,它可以將指定的任務掛起。如果掛起的是當前任務的話,那么還會引發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行任務切換先導函數(shù)OSShed來進行一次任務切換。這個函數(shù)只有一個參數(shù),那就是指定任務的優(yōu)先級。那為什么是優(yōu)先級呢?事實上在系統(tǒng)內部,優(yōu)先級除了表示一個任務執(zhí)行的先后次序外,還起著分別每一個任務的作用,換句話說,優(yōu)先級也就是任務的ID。所以uC/OS-II不允許出現(xiàn)相同優(yōu)先級的任務。

3) OSTaskResume函數(shù)

這個函數(shù)和上面的函數(shù)正好相反,它用于將指定的已經(jīng)掛起的函數(shù)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,那么還為引發(fā)一次任務切換。其參數(shù)類似OSTaskSuspend函數(shù),為指定任務的優(yōu)先級。需要特別說明是,本函數(shù)并不要求和OSTaskSuspend函數(shù)成對使用。

4) OS_ENTER_CRITICAL宏

很多人都以為它是個函數(shù),其實不然,仔細分析一下OS_CPU.H文件,它和下面馬上要談到的OS_EXIT_CRITICAL都是宏。他們都是涉及特定CPU的實現(xiàn)。一般都被替換為一條或者幾條嵌入式匯編代碼。由于系統(tǒng)希望向上層程序員隱藏內部實現(xiàn),故而一般都宣稱執(zhí)行此條指令后系統(tǒng)進入臨界區(qū)。其實,它就是關個中斷而已。這樣,只要任務不主動放棄CPU使用權,

別的任務就沒有占用CPU的機會了,相對這個任務而言,它就是獨占了。所以說進入臨界區(qū)了。這個宏能少用還是少用,因為它會破壞系統(tǒng)的一些服務,尤其是時間服務。并使系統(tǒng)對外界響應性能降低。

5) OS_EXIT_CRITICAL宏

這個是和上面介紹的宏配套使用另一個宏,它在系統(tǒng)手冊里的說明是退出臨界區(qū)。其實它就是重新開中斷。需要注意的是,它必須和上面的宏成對出現(xiàn),否則會帶來意想不到的后果。最壞的情況下,系統(tǒng)會崩潰。我們推薦程序員們盡量少使用這兩個宏調用,因為他們的確會破壞系統(tǒng)的多任務性能。

6) OSTimeDly函數(shù)

這應該程序員們調用最多的一個函數(shù)了,這個函數(shù)完成功能很簡單,就是先掛起當起當前任務,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)先級最高就緒任務的話,那么運行之。簡單點說,就是可以任務延時一定時間后再次執(zhí)行它,或者說,暫時放棄CPU的使用權。一個任務可以不顯式的調用這些可以導致放棄CPU使用權的API,但那樣多任務性能會大大降低,因為此時僅僅依靠時鐘機制在進行任務切換。一個好的任務應該在完成一些操作主動放棄使用權,好東西要大家分享嘛!

(四) uC/OS-II 多任務實現(xiàn)機制分析

前面已經(jīng)說過,uC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的可搶先的多任務內核。那么,它的多任務機制到底如何實現(xiàn)的呢?了解這些原理,可以幫助我們寫出更加健壯的代碼來。由于我們面向的初級程序員,本文不打算寫成又一篇uC/OS-II的源碼分析,那樣的文章太多了,本文打算從實現(xiàn)原理的角度探討這個問題。