(课件2)09-03嵌入式实时操作系统.ppt

基于实时操作系统基于实时操作系统 的程序设计技术的程序设计技术 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 2010 2010 年年 9 9 月月 3 3 日日 第第 2 2 次课次课 汪汪 海海 鹰鹰 Email: Email: 课程回忆 嵌入式操作系统的特点？ 1 2 3 4 什么是嵌入式操作系统？ 有哪些常用的嵌入式操作系统？ 你对该课程有何理解？ 觉得该如何学习？ Windows CE3.0：一种针对小容量、移动式、 智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式 操作系统； Windows NT Embedded 4.0：一种针对基于 PC体系结构解决方案的全功能嵌入式操作系统 ； 带有Server Appliance的Windows 2000：为建 立能够利用Windows 2000强大功能的专用服 务器设备，提供了一种快捷方式。 嵌入式操作系统简介 Windows Embedded 4 原属于ISI公司产品，已被WindRiver公司兼并 模块化、高性能的实时嵌入式操作系统 Palm OS 3COM旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品 在PDA市场上占有很大的市场份额 Palm Os的特点 处理速度快 耗电量低，使用时间长 具备执行低内存需求应用程序的能力 与PC间的数据交换容易 应用软件的开发性高 嵌入式实时操作系统简介 pSOS 5 开发工具很多 GNU C、Codewarrior以及 Pocket C; 专业程序设计者可使用C/C+来开发，而一般 人则可使用程序产生器来完成; Codewarrior是Palm程序设计领域中功能最强 大的开发工具. 嵌入式实时操作系统简介 Palm OS的开发工具 6 自由免费产品 开放源代码，不存在黑箱技术 内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高 易于定制剪裁，在价格上极具有竞争力 不仅支持x86CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片 有大量的且不断增加的开发工具 沿用Unix的发展方式，遵循国际标准，可以方便地获 得众多第三方软硬件厂商的支持 内核的结构在网络方面是非常完整的。提供了对十兆 、百兆、千兆以太网、无线网络、令牌网、光纤网、 卫星等多种联网方式的全面支持 嵌入式实时操作系统简介 嵌入式Linux（CLinux） 7 美国的Jean J. Labrosse先生业余时间，自 己编写的。 1992年初发表了C/OS ，1999年出版了介 绍C/OS-的书籍，为v2.0的版本。2002 年出版了v2.52的版本。 2000年得到了美国联邦航空管理局对商用 飞机的、符合RTCA DO178B标准的认证 。 嵌入式实时操作系统 C/OS- 8 公开的源代码：http:/www.uCOS -II.com 可移植性：绝大部分代码使用ANSI C编 写，可移植性较强 向上兼容：从C/OS 升级到 C/OS - 很方便 可固化 可裁减 占先式：总是运行就绪条件下的优先级 最高的任务 C/OS-的主要特点 9 多任务：可以管理64个任务，其中保留 8个给系统 可确定性：函数调度与任务的执行时间 是可知的 任务栈：每个任务都有自己独立的栈， 降低应用程序对RAM的要求 中断管理：中断可以使正在执行的程序 挂起，终端嵌套层达255层 系统服务：提供很多的系统服务，邮箱 、消息队列、信号量等 C/OS-的主要特点 续 10 C/OS-系统框图 11 第二章 C/OS- 中的任务 任务的基本概念； 用户任务和系统任务； 任务代码、任务控制块和任务堆栈； 任务的优先权及任务优先权的参数 优先级别； 12 任务就绪表结构及其操作； 任务切换及任务调度； 任务的创建、删除、挂起、恢复和查询； C/OS-II的初始化和启动 13 2.1 任务的基本概念 C/OS-II就是一个能对小任务的运行进行管理 和调度的多任务操作系统。 C/OS-II任务的组成： 任务程序代码： 任务的执行部分 任务堆栈： 保存任务工作环境 任务控制块： 保存任务的属性 14 C/OS-II的任务有两种： 用户任务：由应用程序设计者编写的任务 为解决应用问题而编写的 系统任务：系统提供的任务 为应用程序提供某种服务 uC/OS-II最多可以对64个任务进行管理 15 2.1.1 任务的状态 睡眠状态： 就绪状态 运行状态 等待状态(时间、事件、手工挂起) 中断服务状态 16 17 2.1.2 用户任务代码的一般结构 1、用户任务代码的一般结构 void MyTask(void *pdata) for (;) 可以被中断的用户代码； OS_ENTER_CRITICAL()； /进入临界段（关中断） 不可以被中断的用户代码； OS_EXIT_CRITICAL()；/退出临界段（开中断） 可以被中断的用户代码； 18 2、用户应用程序的一般结构 void MyTask1(void *pdata) /定义用户任务1 for(;) void MyTask2(void *pdata) /定义用户任务2 for(;) 19 void MyTask3(void *pdata) /定义用户任务3 for(;) void main() OSInit(); /初始化uC/OS-II OSTaskCreate(MyTask1,); /创建用户任务1 OSTaskCreate(MyTask2,); /创建用户任务2 OSTaskCreate(MyTask3,); /创建用户任务3 OSStart();/启动任务 20 2.1.3 系统任务 空闲任务（OSTaskIdle()） 在多任务系统运行时，系统经常会在某个时间 内无用户任务可运行而处于空闲状态，为使 CPU在没有用户任务可执行时有事可做，提供 了空闲任务（代码） 21 统计任务（OSTaskStat()） 每秒计算一次CPU在单位时间内被使用的时间 ，并把计算结果以百分比的形式存放在变量 OSCPUsage中，以便应用程序通过访问它来 了解CPU的利用率 如果用户应用程序要使用统计任务，则必须把 定义在系统头文件OS_CFG.H中的系统配置常 数OS_TASK_STAT_EN设置为1，并且必须在 创建统计任务之前调用函数OSStatInit()对系统 任务进行初始化 22 2.1.4 任务的优先权及优先级别 每个任务都必须具有一个唯一的优先级别 063共64个优先级别，总共不大于64个任 务 23 在文件OS_CFG.H中常数 OS_LOWEST_PRIO指明程序中任务优先 级别的个数 优先级别：0，1，2， OS_LOWEST_PRIO 任务个数： OS_LOWEST_PRIO1 其中： OS_LOWEST_PRIO自动赋给空闲任务 OS_LOWEST_PRIO1自动赋给统计任务 24 如果希望应用程序中任务的优先级别为28 个，则表示最低优先级别的常数 OS_LOWEST_PRIO值应该是多少？如果 应用程序中使用了系统提供的空闲任务和 统计任务，则应用程序最多可以安排多少 任务？ 25 2.2 任务堆栈 堆栈： 存储器中按数据“后进先出（LIFO）”的原则组 织的连续存储空间。 任务堆栈： 任务的重要组成部分 每个任务都配有自己的堆栈 满足切换和响应中断时保护CPU寄存器中的内 容及存储任务私有数据的需要 26 2.2.1 任务堆栈的创建 在文件OS_CPU.H中的数据类型OS_STK typedef unsigned int OS_STK; 在应用程序中定义OS_STK类型的一个数组 # define TASK_STK_SIZE 512 /定义堆栈长 度 OS_STK TaskStkTASK_STK_SIZE /定义数 组 27 使用： 当调用函数OSTaskCreate()来创建一个任务时 ，把数组的指针传递给函数OSTaskCreate()中 的堆栈栈顶参数ptos，就可以把该数组与任务 关联起来而成为该任务的任务堆栈 创建任务函数的原型 任务代码 28 堆栈的增长方向是随系统所使用的处理器不同而 不同 29 2.2.2 任务堆栈的初始化 CPU启动运行一个任务时，各寄存器需要 预置一些数据，如：指向任务的指针、 PSW程序状态字 任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit() 30 OS_STK *OSTaskStkInit( void (* task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt ); 31 2.3 任务控制块及 任务控制块链表 任务控制块（OS_TCB）： 用来记录任务的堆栈指针、任务的当前状态、 任务的优先级别等一系列与任务管理有关的属 性的表 32 2.3.1 任务控制块的结构 是一个结构类型数据 用户应用程序调用OSTaskCreate()函数创建一 个用户任务时，这个函数就会对任务控制块中 的所有成员赋予与该任务相关的数据，并驻留 在RAM中 任务控制块结构的定义 33 成员OSTCBStat用来放置任务的当前状态， 可能的置值 值说明 OS_STAT_RDY表示任务处于就绪状态 OS_STAT_SEM表示任务处于等待信号量状态 OS_STAT_MBOX表示任务处于等待消息邮箱状态 OS_STAT_Q表示任务处于等待消息队列状态 OS_STAT_SUSPEN D 表示任务处于被挂起状态 OS_STAT_MUTEX表示任务处于等待互斥型信号量状 态 34 2.3.2 任务控制块链表 用两条链表来管理任务控制块 空任务块链表 应用程序调用函数OSInit()对C/OS-II系统进行初始 化时建立的 任务块链表 应用程序调用OSTaskCreate()创建任务时建立的 35 2.3.3 任务控制块链表的管理 当应用程序调用函数OSTaskcreate()创建一个 任务时，这个函数会调用系统函数OSTCBInit() 来为任务控制块进行初始化。 首先为被创建任务从空任务控制块链表获取一个任 务控制块 然后用任务的属性对任务控制块各个成员进行赋值 最后再把这个任务控制块链入到任务控制块链表的 头部 36 为什么要对TCB进行初始化？ 使任务堆栈中存放任务初始运行时的状态数据， 以便CPU将这些数据拷贝到寄存器中，进行任务 的执行 OSTCBPrioTbl的作用：建立空任务链表 初始化任务控制块函数OSTCBInit()的原型 37 2.4 任务就绪表及任务调度 调度 通过一个算法在多个任务中确定哪个任务来运 行 调度器 做任务调度工作的函数 C/OS-II进行调度的思想 每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运 行状态 调用调度器来确定应该运行的任务并运行它 38 2.4.1 任务就绪表的结构 任务就绪表 （OSRdyTbl ）： C/OS-II进行任务 调度的依据 C/OS-II在RAM中 设立了一个记录表 ，系统中的每个任 务都在这个表中占 据一个位置，并用 这个位置的状态（1 或0）来表示任务是 否处于就绪状态。 39 40 如何根据优先级查找就绪表具体位置？ 只用6位2进制数表示063,64个任务 用高3位表示OSRyGrp的具体数据位，即数组元素的下 标； 低3位表示具体数组元素的具体数据位！ 例：已知某一个已经就绪的任务的优先级别prio=49， 试判断应该在就绪表的哪一位置上置1。 49的二进制形式为00110001，其低6位为110001，于是可知 应该在OSRdyTbl6的D1位上置1，同时要把变量OSRdyGrp 的D6位置1 思考题：分析这种查找方法的思想？ 41 C/OS-任务的一个小例子 演示C/OS-的多任务处理能力 在屏幕上随机的位置显示一个09的数字 10个任务，应用程序任务 #define TASK_STK_SIZE 512 /* Size of each tasks stacks (# of WORDs) */ #define N_TASKS 10 /* Number of identical tasks */ 42 1、在网站/和 /上浏览最新 的关于C/OS-II操作系统的新闻和应 用范例。 2、安装Borland C/C+ V4.51,调试程 序。 43 嵌入式操作系统的种类 商业产品 WindRiver公司的VxWorks、pSOS 微软公司的Windows CE 手持设备嵌入式操作系统 如：Plam OS、 、Win CE、 EPOC 源码开放的免费产品 CLinux C/