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          uC/OS-II 應用程序基本結構

          作者: 時間:2013-10-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

          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。

            首先我們來看看為什么多任務機制可以實現(xiàn)?其實在單一CPU的情況下,是不存在真正的多任務機制的,存在的只有不同的任務輪流使用CPU,所以本質上還是單任務的。但由于CPU執(zhí)行速度非常快,加上任務切換十分頻繁并且切換的很快,所以我們感覺好像有很多任務同時在運行一樣。這就是所謂的多任務機制。

            由上面的描述,不難發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)多任務機制,那么目標CPU必須具備一種在運行期更改PC的途徑,否則無法做到切換。不幸的使,直接設置PC指針,目前還沒有哪個CPU支持這樣的指令。但是一般CPU都允許通過類似JMP,CALL這樣的指令來間接的修改PC。我們的多任務機制的實現(xiàn)也正是基于這個出發(fā)點。事實上,我們使用CALL指令或者軟中斷指令來修改PC,主要是軟中斷。但在一些CPU上,并不存在軟中斷這樣的概念,所以,我們在那些CPU上,使用幾條PUSH指令加上一條CALL指令來模擬一次軟中斷的發(fā)生。

            回想一下你在微機原理課程上學過的知識,當發(fā)生中斷的時候,CPU保存當前的PC和狀態(tài)寄存器的值到堆棧里,然后將PC設置為中斷服務程序的入口地址,再下來一個機器周期,就可以去執(zhí)行中斷服務程序了。執(zhí)行完畢之后,一般都是執(zhí)行一條RETI指令,這條指令會把當前堆棧里的值彈出恢復到狀態(tài)寄存器和PC里。這樣,系統(tǒng)就會回到中斷以前的地方繼續(xù)執(zhí)行了。那么設想一下?如果再中斷的時候,人為的更改了堆棧里的值,那會發(fā)生什么?或者通過更改當前堆棧指針的值,又會發(fā)生什么呢?如果更改是隨意的,那么結果是無法預料的錯誤。因為我們無法確定機器下一條會執(zhí)行些什么指令,但是如果更改是計劃好的,按照一定規(guī)則的話,那么我們就可以實現(xiàn)多任務機制。事實上,這就是目前幾乎所有的OS的核心部分。不過他們的實現(xiàn)不像這樣簡單罷了。

            下面,我們來看看uC/OS-II再這方面是怎么處理的。再uC/OS-II里,每個任務都有一個任務控制塊(Task Control Block),這是一個比較復雜的數(shù)據(jù)結構。在任務控制快的偏移為0的地方,存儲著一個指針,它記錄了所屬任務的專用堆棧地址。事實上,再uC/OS-II內,每個任務都有自己的專用堆棧,彼此之間不能侵犯。這點要求程序員再他們的程序中保證。一般的做法是把他們申明成靜態(tài)數(shù)組。而且要申明成OS_STK類型。當任務有了自己的堆棧,那么就可以將每一個再那里記錄到前面談到的任務控制快偏移為0的地方。以后每當發(fā)生任務切換,系統(tǒng)必然會先進入一個中斷,這一般是通過軟中斷或者時鐘中斷實現(xiàn)。然后系統(tǒng)會先把當前任務的堆棧地址保存起來,僅接著恢復要切換的任務的堆棧地址。由于哪個任務的堆棧里一定也存的是地址(還記得我們前面說過的,每當發(fā)生任務切換,系統(tǒng)必然會先進入一個中斷,而一旦中斷CPU就會把地址壓入堆棧),這樣,就達到了修改PC為下一個任務的地址的目的。

            以上就是uC/OS-II的多任務實現(xiàn)機制,我們在這里大費筆墨談論這個問題,是希望我們的程序員們可以善加利用這個機制,寫出更健壯,更富有效率的代碼來。


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