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          解析嵌入式操作系統(tǒng)UC/OSII的內核實現

          作者: 時間:2014-06-23 來源:網絡 收藏

            以前在我們一般所使用的系統(tǒng)中,任務沒有優(yōu)先級之分。應用程序是一個無限的循環(huán),任務函數按在代碼中的順序運行,處理相應的事務。時間相關性強的任務處理使用中斷機制,但是當系統(tǒng)比較復雜、中斷資源有限時,中斷程序只能將處理該任務的信息條件準備好后返回。當程序按順序沒有執(zhí)行到該任務時,該任務的執(zhí)行必須等待,所以將會造成任務每次的執(zhí)行時間間隔不定,不能及時處理緊急事務,影響系統(tǒng)的運行。這種情況在要求限定時間內周期性處理事務的系統(tǒng)中是不允許發(fā)生的,而且只由應用者編寫的復雜程序很可能會出現Bug。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/248668.htm

            操作系統(tǒng)是實時操作系統(tǒng),運行于特定的硬件平臺上,一般包括處理器、存儲器及外設器件和I/O端口,包括操作系統(tǒng)軟件,要求實時和多任務操作,用戶可以在其基礎上添加應用程序。使用操作系統(tǒng)的用戶只需添加所需的任務到操作系統(tǒng)中即可,既節(jié)省開發(fā)時間,又提高程序的可靠性。

            2及其任務介紹

            (Micro Control Operation System Two)是一種源代碼公開的操作系統(tǒng),程序絕大部分是用C語言寫的,帶有少量的匯編程序,并且有詳細的說明和示例,可移植性好、易調試,穩(wěn)定性與可靠性高,功能也比較完善。和其他大部分的嵌入式操作系統(tǒng)的都是占先式,被分為最高優(yōu)先級的任務一旦準備就緒,立刻就能得到CPU的控制權,可以剝奪低優(yōu)先級任務的CPU使用權,處理系統(tǒng)最緊急的事務。

            UC/OSII的任務實際是一段程序,執(zhí)行特定的功能,擁有自己的代碼和堆棧空間(保存該任務的寄存器、返回地址和臨時參數),一般都是空函數,不會返回任何值。任務執(zhí)行一次后,設置延時參數OSTCBDly,表明在經過OSTCBDly個時鐘周期后再次運行,然后任務進行切換,使其他任務運行。

            例如:

            void Task(void)

            { 參數定義

            for(;;) {

            任務執(zhí)行代碼

            OSTimeDly( ) 延時函數 ;清除任務就緒標志,設置延時的時鐘周期參數,調用OSSched( )進行任務調度

            } }

            3UC/OSII的數據結構

            (1) 任務控制塊OS_TCB

            

           

            (2) 任務就緒表OSRdyTbl[]和OSRdyGrp

            每個任務的就緒狀態(tài)標志都放入就緒表中(如圖1所示),OSRdyTbl[ ]中的每一位為1表示相應優(yōu)先級的任務處于就緒狀態(tài),OSRdyGrp中的每一位為1,表示每8個為一組的任務中至少有1個已經就緒,值越小優(yōu)先級越高。

            

           

            4UC/OSII內核的運行機制

            任何計算機系統(tǒng)都有時鐘,他是計算機世界的時間,通過定時器的定時中斷,產生時間間隔,每個間隔是任務執(zhí)行的時間周期,在一個間隔內所有應該執(zhí)行的任務都應執(zhí)行一次,不能因為時間間隔太小而有的任務沒有時間執(zhí)行。因此,任務的多少、時間周期的確定、CPU的選擇需仔細考慮,確保在一個周期內CPU任務的運行時間所占比重不要太大。

            主程序首先對系統(tǒng)進行初始化,給各個參數賦值,根據任務的多少來建立任務控制塊鏈表,并且首先建立一個最低優(yōu)先級的空閑任務,當沒有其他任務需要運行時,對一個變量進行累加計算來計算空閑時間。任務創(chuàng)建函數分配的一塊內存,保存寄存器的值和該任務的代碼地址,再把堆棧的地址存入任務控制塊,從而把任務程序代碼、任務堆棧和任務控制塊聯系在一起。操作系統(tǒng)內核可以通過任務控制塊找到任務堆棧,從堆棧中取得任務代碼地址?;窘Y構如圖2所示。

            

           

            任務的切換發(fā)生在2個時候,第1個是當某一任務運行完畢時就調用延時函數,使自身延時一個或幾個時鐘周期,進行任務切換,運行就緒的最高優(yōu)先級最高任務;第2個是每一次時鐘周期中斷后,中斷程序處理事務時,可能使一些任務運行準備就緒,然后重新整理和搜索任務就緒表,進行任務切換(如圖3所示),選出其中的高優(yōu)先級任務運行。

            

           

            嵌入式操作系統(tǒng)是多任務的,任務切換是其核心技術,由匯編語言編寫。任務切換函數OS_TASK_SW( )被設置成中斷函數,調用時使用的是軟件中斷指令,這樣在進入中斷程序之前,當前任務的代碼地址和狀態(tài)字就自動保存在當前任務的堆棧頂部。下面用8086的程序舉例切換函數:

            (1) _OS_TASK_SW(或_OSIntCtxSw)PROC FAR中斷程序。

            (2) PUSH指令該指令針對_OS_TASK_SW,保存當前任務寄存器到該任務的堆棧,代碼地址已經保存。

            (3) ADD SP,n該指令針對_OSIntCtxSw,因為該函數由中斷程序調用,運行他之前曾調用一些函數,堆棧發(fā)生變化,所以需要調整,去掉前幾個函數的保存地址和參數,而代碼地址在發(fā)生中斷時就已經保存。

            (4) 保存該任務的當前堆棧地址到該任務控制塊OS_TCB,即保存SS和SP。

            (5) 調入已就緒最高優(yōu)先級任務控制塊,取出其原來保存的任務堆棧地址,即賦值給SS和SP。

            (6) POP指令恢復新任務的寄存器。

            (7) IRET中斷指令返回時,CPU從堆棧頂部即SS:SP指向的位置取出以前所保存的代碼地址和狀態(tài)字,并從此地址恢復原來任務的運行。

            5程序舉例

            一個最簡單的嵌入式操作系統(tǒng)8086程序例子:在主程序運行完畢后,各任務開始輪流執(zhí)行。

            

           

            6結語

            UC/OSII還有時間管理、內存分配的功能,并且使用了信號量、郵箱和信息隊列,使各任務之間可以互相通訊,協(xié)調對各種事務的管理,適用于小型的高端CPU。已經有許多公司以其為核心,進行功能擴展,從而開發(fā)自己的嵌入式操作系統(tǒng),并且由于其代碼簡練,JEAN J.LABROSSE專門寫書對其講解,也可以非常好地用于教學。

            參考文獻

            [1](美)Jean Labrosse J. UC/OSII源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2001

            [2](美)Jean Labrosse J.嵌入式系統(tǒng)構件[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002

            [3](美)Maurice Bach JUNIX操作系統(tǒng)設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000

            [4] 屠立德操作系統(tǒng)基礎[M].北京:清華大學出版社,2000

          linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)

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          關鍵詞: 嵌入式 UC/OSII 內核

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