嵌入式系统开发与应.ppt

嵌入式系统开发与应用 重庆交通大学信息科学与工程学院 许强 主要内容 1.从芯片到系统硬件环境设计; 要求：熟悉芯片的工作特点，CAD设计； 目标：搭建应用硬件系统。 2.内嵌uC/OS-II操作系统的嵌入式系统设计; 要求：熟悉uC/OS-II操作系统内部运行特点； 目标：设计嵌入式的软件系统。 3.内嵌Linux(uClinux)操作系统的嵌入式系统设计。 要求：了解Linux(uClinux)操作系统内部运行原理；熟悉开 发平台的搭建过程。 目标：开发嵌入Linux(uClinux)的嵌入式应用系统。 学习要求 课前预习教材 按时上课，认真听讲 研读参考书和参考网站 整理笔记，认真思考，积极讨论，善于发现问题 、提出问题并努力寻求问题的答案。 结合嵌入式系统专题学习网站丰富的教学资源， 努力寻求问题的答案，掌握基本原理，拓展知识 ，延伸视野，提高分析问题和解决问题的能力。 考核方式 平时考勤占20%，作业占10%，实验占 20% 考试占50% 考勤有6次上 参考书 Labrosse Jean J.嵌入式实时操作系统uC/OS-II（ 第2版），邵贝贝等译.北京：北京航空航天大学 出版社，2003. 汤子瀛等，计算机操作系统，西安电子科技 大学 南京大学孙钟秀院士，操作系统教程第三版 ，高等教育出版社 nSilberschatz，操作系统概念（中、英文）第 六版，高等教育出版社 题外之言 态度决定一切-前国家足球队教练米卢 考试只是手段，掌握知识才是关键。 本课的重点在于宏观理解计算机系统，扩大知识面。 交流、合作是成功的关键 向他人公开你的见解和问题，勇于提出问题。 通过报纸、杂志、书籍和网络查阅相关文献。 对本专业来讲： 活到老、学到老，时时更新自己的知识。 要要 有有 强强 烈烈 的的 求求 知知 欲欲 要要 经经 常常 复复 习习 知知 识识 不要将自己置于尴尬境地不要将自己置于尴尬境地 一.从芯片到系统硬件环境设计; 最小系统 外存储芯片的组织 网络芯片的组织与应用 USB芯片的组织与应用 LCD显示器的组织应用 触摸屏的应用。 二.内嵌uC/OS-II操作系统的嵌入式 系统设计; uC/OS-II操作系统的原理 uC/OS-II操作系统的应用设计 嵌入式实时操作系统uC/OS-II 原理及应用 基本内容：基本概念、uC/OS-II的任务 构架、任务的实现特点；uC/OS-II的移 植操作；具体uC/OS-II操作系统的裁剪 ； 重点：基本概念、uC/OS-II的任务构架 、任务的实现特点及具体应用编程； 为什么要学习操作系统 设计操作系统或者修改现有的系统 存在们意识不到的大量“操作系统”，嵌入式系统 （Embedded OS） 加深对使用的OS的理解，有利于深入编程 用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法 选择购实操作系统 我并不总使用Win95/NT/2000/XP 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用 到其它领域 第1章嵌入式实时操作系统的基本概念 什么是计算机操作系统？ 什么是批处理操作系统？ 什么是分时操作系统？ 什么是实时操作系统？ 监控程序与实时操作系统？ 什么是嵌入式操作系统？ 嵌入式系统与嵌入式操作系统？ 计算机操作系统 系统软件、计算机硬件、软件资源的管理者。 管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息（数 据和软件）； 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、 资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括 用户权限）。 用户使用系统硬件、软件的接口 系统命令（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户 接口GUI）； 系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使 用）。 在裸机上添加：设备管理、文件管理、存 储管理（针对内存和外存）、处理机管理 （针对CPU）； 合理组织工作流程：作业管理、进程管理 。 批处理操作系统 作业的处理流程 作业提交：作业的输入； 作业执行 作业完成：作业的输出； 图1 批处理系统中作业处理及状态 分时操作系统 把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时 间上的分割，每个时间段称为一个时间片（ time slice），每个用户依次轮流使用时间片 。分时特征如下: 多路性：多个用户同时工作。 共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠性高： 终端的概念至今仍在使用。促进了计算机的普遍应用，提高资 源利用率：远地用户通过终端（较便宜）联机使用。 独立性：各用户独立操作，互不干扰。 交互性：系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调 试和修改程序的效率：缩短了周转时间。 实时操作系统 实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要 求的领域，其主要特征是实时性和可靠性。 实时系统的特征 实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和延时等 时钟管理功能； 过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调整任 务周期； 过载是指进入系统的任务数目超出系统的处理能力。 高度可靠性和安全性：容错能力（如故障自动复位） 和冗余备份（双机，关键部件）； 实时系统与批处理系统和分时系统的区别 专用性质：许多实时系统是专用系统，而批处理与分 时系统通常是通用系统。 实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部 事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。 高可靠性：实时系统用于控制重要过程，要求高度可 靠，具有较高冗余。如双机系统。 事件驱动和队列驱动：实时系统的工作方式：接受外 部消息，分析消息，调用相应处理程序进行处理。 可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作 业，批处理为后台作业。 监控程序与实时操作系统 监控程序:是最原始的低端单片机管理程序 ,由应用程序员自行编制;用户通过监控 程序提高计算机的资源利用率，但这种 利用是有限的。 随着计算机技术的发展，计算机的硬件、 软件资源愈来愈丰富，监控程序已不能 高效支持，在此需求下不得不采用管理 功能更全面的操作系统来完成。 操作系统的服务 服务类型 程序执行和终止（包括分配和回收资源） I/O操作 文件系统操作 通信：本机内，计算机之间（通常通信服务的 使用者为进程，而不是笼统说“主机“） 配置管理：硬件、OS本身、其他软件 差错检测 服务提供方式：系统命令和系统调用 早期低端嵌入式系统工作特点 传统的前/后台方式 不复杂的小系统常采用前/后台方式进行程序操作 ，整个程序为一个大循环体。 其中前台为中断级，时间相关性很强的关键操作 放在前台执行。后台为任务级，用于处理前台产生的 各种信息。 功能1 功能2 功能4 功能3 功能5 功能6 ISR1 ISR2 后台程序前台程序 前后台系统 后台程序： 系统后台程序按 顺序执行各种动 作，通常用于处 理前台产生的各 种信息。 前台程序： 前台为中断服务 程序，用于响应 外部事件，并产 生一些信息提供 给后台处理。 前后台系统的优缺点 优点 逻辑关系简单：系统中所有的功能程序都是串行 进行的，软件开发人员上手很快。 缺点 实时性差：所有工作都是串行进行的，循环周期不易 确定； 系统健壮性不强：因为所有程序都是串行执行的，一 个工作出现问题，将直接影响后续程序； 不适合复杂系统：当系统功能比较复杂时，不易实现 复杂的逻辑关系； 不适合系统维护：一旦系统调试结束，产品定型后， 如果要进行软件升级将”牵一发而动全身“，不能方便的 添加新功能。 嵌入式操作系统 运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及 其所操作的部件、装置等资源进行统一协 调、指挥和控制的系统软件。 嵌入式操作系统以微内核为主，其它诸如 窗口系统界面、文件管理模块、通信协议 等还要由开发人员自已设计或者外购。内 核大多数只提供内存管理、多任务管理、 外围资源管理。 嵌入式操作系统 电子消费产品-家用电器、手机、武器、控制设备 嵌入式（计算机）系统硬件不再以物理上独立的装置 或设备形式出现，而是大部分甚至全部都隐藏和嵌入 到各种应用系统中。 特点： 微型化-可用内存小（1MB以内、没有外存、微处理 器字长短且运算速度有限、能提供的能源较少、外 部设备和被控设备千变万化） 可定制-专业化（剪裁性） 实时性-语音、视频、军事武器、航空航天、交通 运输 可靠性 易移植性 嵌入式系统与嵌入式操作系统 嵌入式系统是基于单片机系统嵌入到对象 系统的整合，实现对象的智能化控制。因 此要求具有专用性、微小化、控制的可靠 性高、低功耗和成本低等特点。 跟随嵌入式系统的完备管理，提出嵌入式 操作系统，特点是异常响应时间可确定、 程序微小化且可靠、可裁剪和易移植性等 。 嵌入式操作系统的现状 VxWorks、pSOS Windows CE QNX OS uC/OS-II uCLinux Linux C/OS-IIC/OS-II原理及应用原理及应用 lC/OS-II简介 l工作原理 lC/OS-II移植简介 lC/OS-II使用初步 lC/OS-II简介 l工作原理 lC/OS-II移植简介 lC/OS-II使用初步 C/OS-IIC/OS-II原理及应用原理及应用 C/OS-II简介 概述 C/OS-II读做“micro C O S 2”，意为“微控制器操 作系统版本2”。C/OS-II是源码公开的著名实时内核 ，可用于各类8位、16位和32位单片机或DSP。从 C/OS算起，该内核已有10多年应用史，在诸多领域 得到广泛应用。 C/OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可剪 裁的占先式实时多任务内核。C/OS-II使用ANSI C语 言编写，包含一小部分汇编代码，使之可以供不同架 构的微处理器使用。至今，从8位到64位，C/OS-II已 在超过40种不同架构的微处理器上运行。 C/OS-II特点 提供源代码：购买作者撰写的嵌入式实时操作系统C/OS-II一 书即可获得C/OS-II V2.52版本的所有源代码，购买此书的其它版本 可以获得相应版本的全部源代码。 可移植性（portable）：C/OS-II的源代码绝大部分是使用移植性 很强的ANSI C写的，将与微处理器硬件相关的汇编语言使用量压缩 到最低的限度，以使C/OS-II便于移植到其它微处理器上。目前， C/OS-II已经被移植到多种不同架构的微处理器上。 可固化(ROMmable)：只要具备合适的软硬件工具，就可以将 C/OS-II嵌入到产品中成为产品的一部分。 可剪裁(scalable)：C/OS-II使用条件编译实现可剪裁，用户程序可 以只编译自己需要的（C/OS-II的）功能，而不编译不要需要的功 能，以减少C/OS-II对代码空间和数据空间的占用。 可剥夺(preemptive)：C/OS-II是完全可剥夺型的实时内核， C/OS-II总是运行就绪条件下优先级最高的任务。 C/OS-II特点 多任务：C/OS-II可以管理64个任务，然而，C/OS-II的作者建议 用户保留8个给C/OS-II。这样，留给用户的应用程序最多可有56个 任务。 可确定性：绝大多数C/OS-II的函数调用和服务的执行时间具有确 定性，也就是说，用户总是能知道C/OS-II的函数调用与服务执行 了多长时间。 任务栈：C/OS-II的每个任务都有自己单独的栈，使用C/OS-II的 占空间校验函数，可确定每个任务到底需要多少栈空间。 系统服务：C/OS-II提供很多系统服务，例如信号量、互斥信号量 、时间标志、消息邮箱、消息队列、块大小固定的内存的申请与释 放及时间管理函数等。 中断管理：中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高 的任务被中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即 执行，中断嵌套层数可达255层。 C/OS-II特点 稳定性与可靠性：C/OS-II是C/OS的升级版，C/OS自1992年 以来已经有数百个商业应用。C/OS-II与C/OS的内核是一样的， 只是提供了更多的功能。2000年7月，C/OS-II在一个航空项目中 得到了美国联邦航空管理局对商用飞机的、符合RTCA DO 178B 标准的认证。这表明，该操作系统的质量得到了认证，可以在任 何应用中使用。 作 者 及 其 著 作 uC/OS-II的体系结构 用户应用程序 uC/OS-II与处理器无关的代码 OS_CORE.C OS_Q.C OS_FLAG.C OS_SEM.C OS_MBOX.C OS_TASK.C OS_MEM.C OS_TIME.C OS_MUTEX.C uCOS_II.C uCOS_II.H uC/OS-II与 应用程序相关的代码 OS_CFG.H INCLUDES.H uC/OS-II与处理器相关的代码 OS_CPU.H （移植时需要修改） OS_CPU_A.ASM OS_CPU_C.C 软件 硬件 CPU定时器 uC/OS-II 练习题 1、什么是计算机的操作系统？它应该具备什么 功能？ 2、简述嵌入式系统与普通操作系统的区别？ 3、观察人们日常生活中嵌入式系统的应用？ 4、什么是实时系统？试列举几个日常生活中的 实时系统？ 第2章 uC/OS-II中的任务 uC/OS-II操作系统内核的主要工作就是对任 务进行管理。 本章的主要内容有： uC/OS-II任务引入； 任务的基本概念，用户任务和系统任务； 任务代码、任务控制和任务堆栈； 任务的优先权及表示任务优先权的参数； 任务就绪表结构及操作； 任务切换及任务调度； 任务的创建、删除、挂起、恢复和查询； uC/OS-II的初始化和启动。 uC/OS-II多任务管理 多任务操作系统 多任务运行的实现实际上是靠CPU在许多任务之 间转换和调度。CPU只有一个，轮番服务于一系列任 务中的某一个。多任务运行使CPU的利用率达到最高 ，并使应用程序模块化。 最大特点是，开发人员可以将很复杂的应用开发人员可以将很复杂的应用 程序层次化，程序将更容易设计和维护程序层次化，程序将更容易设计和维护。 多任务系统工作原理 任务1任务2.空闲任务 操作系统调度程序 CPU资源 信号量 邮箱 内存管理 数据队列 时间管理 产生 系统 运作 所必 需的 节拍 调度程序对 所有任务进 行运行控制 多任务系统工作原理 任务1任务2.空闲任务 信号量 邮箱 内存管理 数据队列 时间管理 l最多支持6464个任务个任务； l l空闲任务一定存在空闲任务一定存在，当所有任务都不运行时才运行空闲任务； l l所有任务都有不同的优先级所有任务都有不同的优先级，优先级为0表示最高，空闲任务优 先级最低； l任务之间的通信通过ucos提供的各种事件机制进行。 0 0 1 1 n n 多任务系统工作原理 操作系统调度程序 CPU资源 l操作系统的调度程序对所有任务实现运行控制调度程序对所有任务实现运行控制； l l任务切换任务切换实际就是把当前任务所占用的CPU资源用其它任务来替 换； lCPU资源包括寄存器R0-R15、CPSR、SPRS和其它一些全局变量； l调度程序由系统节拍驱动系统节拍驱动。 2.1 任务的基本概念 任务是具有规定执行时间的一段程序代码。由 于任务运行时是完全占有CPU时间片，因此可 认为是一个“线程”。 从应用程序的角度来看，uC/OS-II的任务就是 一个线程，就是C语言函数和与之相关联的数 据结构构成的实体。 从任务的存储结构来看，uC/OS-II的任务由三 个组成部分构成：任务程序代码、任务堆栈和 任务控制块。 (a) 任务的组成 任务的代码 Void mytask(void *pdata) For(;) 任务堆栈 前一个任务控制的指针 后一个任务控制的指针 指向任务的指针 指向任务堆栈的指针 任务的优先级别 任务控制块 任务 (b) 任务链表 任务 控制块 任务 代码 任务 堆栈 任务1 任务 控制块 任务 代码 任务 堆栈 任务2 任务 控制块 任务 代码 任务 堆栈 任务3 任务 控制块 任务 代码 任务 堆栈 任务n 图2-1 uC/OS-II的任务在内存中的结构 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 任务只是以代码的形式驻 留在程序空间（ROM或RAM ），还没有交给操作系统 管理时的情况叫做睡眠状 态。简言之就是在内存中 的无任务控制块的任务。 OSTaskDel() OSTaskCreate() OSTaskCreateExt() 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 任务配备了任务控制块且在任务就绪表 中进行了就绪登记，任务具备了运行充 分条件，这是的任务状态叫就绪状态。 OSTaskCreate() OSTaskCreateExt() OSFlagPost() OSMboxPost() OSMboxPostOpt() OSMutexPost() OSQPost() OSQPostFront() OSQPostOpy() OSSemPost() OSTaskResume() OSTimeTick() OSStart() OsIntExit() OS_TASK_SW() 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 处于就绪状态的任务如果 经调度器判断获得了CPU的 的使用权，则任务就进入 运行状态。 任何时刻只能有一个任务 处于运行状态，就绪的任 务只有当所有优先级高于 本任务的任务都转为等待 状态时，才进入运行状态 。 OSStart() OsIntExit() OS_TASK_SW() 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 正在运行的任务，需要等待 一段时间或需要等待一个事 件发生再运行时，该任务就 会把CPU的使用权让给其他任 务而使任务进入等待状态。 OSFlagPend() OSMboxPend() OSMutexPend() OSQPend() OSSemPend() OSTaskSuspend() OSTimeDly() OSTimeDlyHMSM() 2.1.1 任务的状态 uC/OS-II中的5种状态 ： 睡眠状态： 就绪状态： 运行状态： 等待状态： 中断服务状态： 一个正在运行的任务一旦响应 中断申请就会中止运行而去执 行中断服务程序，这时任务的 状态叫做中断服务状态。 任务的运行状态 l每个任务都有确定的状态，而同时只能是一个任务占有CPU； l拥有运行权的任务一定是就绪任务中优先级最高的。 睡眠 状态 就绪 状态 运行 状态 等待 状态 ISR 被删除的任务 退出中断 调度程序启动就绪 的最高优先级任务 被更高优先级的 任务抢夺运行权 刚创建的任务 等待某个事件 事件发生或超时 进入中断 2.1.2用户任务代码的一般结构 1.任务一般结 构 任务的执行代 码通常是一个 无限循环结构 ，并且在这个 循环中可以响 应中断，这种 结构也叫超循 环结构。 例2-1：一个用C语言编写的任务 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(开中断) 可以被中断的用户代码； 2、用户应用程序的一般结构 要在自己的系统中使用C/OS-II编写自己的应用 程序，就必须遵守C/OS-II的编程规范。主要包括主 函数和用户任务，它们的关系如下。 Main 函数 初始化操作系统， 并建立空闲任务 创建根任务或更多 的任务 启动多任务环境 根任务 目标板初始化 （启动系统时钟） 创建其它的任务 执行任务循环 任务1 执行特定操作 执行任务循环 任务n 执行特定操作 执行任务循环 . . . 编写应用程序 Main 函数 初始化操作系统， 并建立空闲任务 创建根任务或更多 的任务 启动多任务环境 根任务 目标板初始化 （启动系统时钟） 创建其它的任务 执行任务循环 任务1 执行特定操作 执行任务循环 任务n 执行特定操作 执行任务循环 . . . 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 要在自己的系统中使用C/OS-II编写自己的应用 程序，就必须遵守C/OS-II的编程规范。主要包括主 函数和用户任务，它们的关系如下。 Main 函数 初始化操作系统， 并建立空闲任务 创建根任务或更多 的任务 启动多任务环境 根任务 目标板初始化 （启动系统时钟） 创建其它的任务 执行任务循环 任务1 执行特定操作 执行任务循环 任务n 执行特定操作 执行任务循环 . . . 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 多任务共享 系统资源， 分时执行 要在自己的系统中使用C/OS-II编写自己的应用 程序，就必须遵守C/OS-II的编程规范。主要包括主 函数和用户任务，它们的关系如下。 编写应用程序 Main 函数 初始化操作系统， 并建立空闲任务 创建根任务或更多 的任务 启动多任务环境 Main 函数 初始化操作系统， 并建立空闲任务 创建根任务或更多 的任务 启动多任务环境 #include “config.h“ OS_STK TaskStartStkTASK_STK_SIZE; OS_STK TaskStkTASK_STK_SIZE; int main (void) OSInit(); OSTaskCreate(Task1, (void *)0, OSStart(); return 0; 定义任务的堆栈 编写应用程序 根任务 目标板初始化 （启动系统时钟） 创建其它的任务 执行任务循环 void Task1(void *pdata) pdata = pdata; /* 避免编译警告 */ TargetInit(); /* 目标板初始化 */ for (;) OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); if (GetKey() != KEY1) continue; OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); if (GetKey() != KEY1) continue; OSTaskCreate(Task2, (void *)0, while (GetKey() != 0) OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); 任务1 执行特定操作 执行任务循环 将该任务放在循环中创 建，是因为该任务执行 一次后会自行删除 编写应用程序 任务1 执行特定操作 执行任务循环 根任务 目标板初始化 （启动系统时钟） 创建其它的任务 执行任务循环 void Task1(void *pdata) pdata = pdata; /* 避免编译警告 */ TargetInit(); /* 目标板初始化 */ for (;) OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); if (GetKey() != KEY1) continue; OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); if (GetKey() != KEY1) continue; OSTaskCreate(Task2, (void *)0, while (GetKey() != 0) OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 50); 将该任务放在循环中创 建，是因为该任务执行 一次后会自行删除 任务1 执行特定操作 执行任务循环 / 任务功能：鸣叫两声，然后删除自己 void Task2(void *pdata) pdata = pdata; /* 避免编译警告 */ BeeMoo(); /* 使蜂鸣器鸣叫 */ /* 延时 */ OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 8); BeeNoMoo(); /* 使蜂鸣器停止鸣叫 */ OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 4); BeeMoo(); /* 延时 */ OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 8); BeeNoMoo(); /* 使蜂鸣器停止鸣叫 */ OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); /* 删除自己 */ 2.1.3 系统任务 uC/OS-II预定义了： 空闲任务和统计任务 。 1.空闲任务OSTaskIdle() 空闲任务：运行系统中无应用 任务时，uC/OS-II提供的一 个占用CPU的任务，且级别最 低，任何有用任务都可抢占 这一任务，这一任务叫空闲 任务。 空闲任务不能用软件删除。 Void OSTaskIdle(void*pdata) #if OS_CRITICAL_METHOD =3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif pdata =pdata;/防编择器报错 for(;) OS_ENTER_CRITICAL();/关闭中断 OSdleCtr+; /计算 OS_EXIT_CRITICAL();/开放中断 2.1.3 系统任务 2.统计任务OSTaskStat() 统计任务每秒计算一次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。因 此叫统计任务。 操作：OS_CFG.H中的常数 OS_TASK_STAT_EN =1;调用 OSStatInit()对统计任务初 始化。 2.1.4 任务的优先权及优先级别 uC/OS-II的每个任务都必须具有一个惟一的优先级 别。64级，0为最高级；数字越大级别越低。 OS_CFG.H中OS_LOWEST_PRIO表示最低级别的常数。 总数可为OS_LOWEST_PRIO+1个。 除了系统任务两个外，应用任务可用 OS_LOWEST_PRIO-1个任务。 创建任务时，用OSTaskCreate()中第4个参数prio 来指定。 INT8U OSTaskCreate(void(*task)(void*pd),void*pdata,OS_STK *ptos,INT8U prio) OSTaskCreate(Task2, (void *)0, /*堆栈是32位宽度*/ 或 Typedef unsigned int OS_STK;/*16位*/ 这样，在应用程序中定义任务堆栈区就非常简单，即定义一 个OS_STK类型的一个数组即可。例如： #define TASK_STK_SIZE 512 /定义堆栈的长度(1024B) OS_STK TaskStkTASK_STK_SIZE;/定义数组为任务堆栈 当调用OSTaskCreate()创建一个任务时，数组的指针传递函 数中第3个ptos参数，关联任务，实现任务堆栈。 例如：创建堆栈长度为128,优先级为20，任务参数pdata的 实参为MyTaskAgu。 例如：创建堆栈长度为128,优先级为20，任务参数 pdata的实参为MyTaskAgu。 #define MyTaskStkN 64 OS_STK MyTaskStkMyTaskStkN; Void main(void) OSTaskCreate(MyTask, 但有两种情况的参数输入：增长方向向上和向下，与实际处 理器类型有关。 Void main(void) #if OS_STK_GROWTH=1 OSTaskCreate(MyTask, #else OSTaskCreate(MyTask, #endif 2.2.2 任务堆栈的初始化 OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt) return (stk); 任务的初始化由操作系统负责，通过调用任务的初始化函数 OSTaskStkInit()完成初始化工作。预置诸如指向任务的 指针、程序状态字PSW等。这与CPU有关，因此实现细节在 移植章节中介绍。 2.3 任务控制块及任务控制块链表 任务控制块(OS_TCB):记录堆栈指针、任务的当前状态、 任务的优先级别等一些与任务管理有关的属性的表。 作用：关联任务代码和任务堆栈。使任务控制块、任务 代码和任务堆栈成为一个整体。系统通过控制块管理 任务。控制块就是任务的身份证。 管理系统多个任务，uC/OS-II把系统所有任务的控制块 链接为两条链表，并通过这两条链表管理各任务控制 块，进而再通过任务控制块来对任务进行相关的操作 。 2.3.1 任务控制块的结构 typedef struct os_tcb OS_STK *OSTCBStkPtr; /指向任务堆栈栈顶的指针 #if OS_TASK_CREATE_EXT_EN 0 void *OSTCBExtPtr; /指向任务控制块扩展的指针 OS_STK *OSTCBStkBottom; /指向任务堆栈栈底的指针 INT32U OSTCBStkSize; / Size of task stack (in number of stack elements)*/ INT16U OSTCBOpt; /* Task options as passed by OSTaskCreateExt()*/ INT16U OSTCBId; /* Task ID (065535) */ #endif struct os_tcb *OSTCBNext; /* Pointer to next TCB in the TCB list */ struct os_tcb *OSTCBPrev; /* Pointer to previous TCB in the TCB list */ #if (OS_Q_EN 0) /* Pointer to event control block */ #endif #if (OS_Q_EN 0) /* Message received from OSMboxPost() or OSQPost()*/ #endif .OSTCBStkPtr是指向当前任务栈 顶的指针。C/OS-允许每个任 务有自己的栈，尤为重要的是， 每个任务的栈的容量可以是任意 的。OSTCBStkPtr是OS_TCB数据结 构中唯一的一个能用汇编语言来 处置的变量（在任务切换段的代 码Context-switching code之中 ，）把OSTCBStkPtr放在数据结构 的最前面，使得从汇编语言中处 理这个变量时较为容易。 .OSTCBExtPtr 指向用户定义的任 务控制块扩展。用户可以扩展任 务控制块而不必修改C/OS-的 源代码。.OSTCBExtPtr只在函数 OstaskCreateExt()中使用，故使 用时要将OS_TASK_CREAT_EN设为1 ，以允许建立任务函数的扩展。 例如用户可以建立一个数据结构 ，这个数据结构包含每个任务的 名字，或跟踪某个任务的执行时 间，或者跟踪切换到某个任务的 次数（见例3）。注意，这个扩展 指针变量放在紧跟着堆栈指针的 位置，为的是当用户需要在汇编 语言中处理这个变量时，从数据 结构的头上算偏移量比较方便。 .OSTCBStkBottom是指向任务栈底的指针。如果 微处理器的栈指针是递减的，即栈存储器从高 地址向低地址方向分配，则OSTCBStkBottom指 向任务使用的栈空间的最低地址。类似地，如 果微处理器的栈是从低地址向高地址递增型的 ，则OSTCBStkBottom指向任务可以使用的栈空 间的最高地址。函数OSTaskStkChk()要用到变 量OSTCBStkBottom，在运行中检验栈空间的使 用情况。用户可以用它来确定任务实际需要的 栈空间。这个功能只有当用户在任务建立时允 许使用OSTaskCreateExt()函数时才能实现。这 就要求用户将OS_TASK_CREATE_EXT_EN设为1， 以便允许该功能。 .OSTCBStkSize存有栈中可容纳的指针元数目而 不是用字节（Byte）表示的栈容量总数。也就 是说，如果栈中可以保存1,000个入口地址，每 个地址宽度是32位的，则实际栈容量是4,000字 节。同样是1,000个入口地址，如果每个地址宽 度是16位的，则总栈容量只有2,000字节。在函 数OSStakChk()中要调用OSTCBStkSize。同理， 若使用该函数的话，要将 OS_TASK_CREAT_EXT_EN设为1。 .OSTCBOpt把“选择项”传给OSTaskCreateExt()，C/OS-目前 只支持3个选择项OS_TASK_OTP_STK_CHK, OS_TASK_OPT_STK_CLR和 OS_TASK_OPT_SAVE_FP。任务栈要清零。任务要做浮点运算。 .OSTCBId用于存储任务的识别码。这个变量现在没有使用，留给将 来扩展用。 .OSTCBNext和.OSTCBPrev用于任务控制块OS_TCBs的双重链接，该 链表在时钟节拍函数OSTimeTick()中使用，用于刷新各个任务的任 务延迟变量.OSTCBDly，每个任务的任务控制块OS_TCB在任务建立 的时候被链接到链表中，在任务删除的时候从链表中被删除。双重 连接的链表使得任一成员都能被快速插入或删除。 .OSTCBEventPtr是指向事件控制块的指针，后面的章节中会有所描 述（见任务间通讯与同步）。 .OSTCBMsg是指向传给任务的消息的指针。用法将在后面的章节中 提到（见任务间通讯与同步）。 .OSTCBDly当需要把任务延时若干时钟节拍时要用到这个变量，或 者需要把任务挂起一段时间以等待某事件的发生，这种等待是有超 时限制的。在这种情况下，这个变量保存的是任务允许等待事件发 生的最多时钟节拍数。如果这个变量为0，表示任务不延时，或者 表示等待事件发生的时间没有限制。 .OSTCBStat是任务的状态字。当.OSTCBStat为0，任务进入就绪态 。可以给.OSTCBStat赋其它的值，在文件uCOS_II.H的描述。 .OSTCBPrio是任务优先级。 #if (OS_VERSION = 251) /* Pointer to event flag node*/ #endif OS_FLAGS OSTCBFlagsRdy; /* Event flags that made task ready to run */ #endif INT16U OSTCBDly; /* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event */ INT8U OSTCBStat; /* Task status */ INT8U OSTCBPrio; /* Task priority (0 = highest, 63 = lowest) */ INT8U OSTCBX; /* Bit position in group corresponding to task priority (07)*/ INT8U OSTCBY; /* Index into ready table corresponding to task priority */ INT8U OSTCBBitX; /* Bit mask to access bit position in ready table */ INT8U OSTCBBitY; /* Bit mask to access bit position in ready group */ #if OS_TASK_DEL_EN 0 BOOLEAN OSTCBDelReq; /* Indicates whether a task needs to delete itself*/ #endif OS_TCB; OSTCBStat可能值: 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_SUSPEND：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。 2.3.2 任务控制块链表 uC/OS-II用两条链表来管理任务控制块。 一条是空任务块链表，所有任务控制块没有分配任务。 另一条是任务块链表，所有控制块已经分配任务。 空任务控制块链表由初始化操作OSInit()建立。(OS_CORE.C) 任务块链表则是在调用OSTaskCreate()创建任务时建立 。 具体方法： 任务在空任务控制块链表中申请到控制块，然后 填充上任务属性后，再形成新的链表。 图2-4 uC/OS-II初始化进创建一个空的任务控制链表 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl0 OSTCBFreeList OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl1 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl2 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl3 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTblOS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-2 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTblOS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-1 图2-5 uC/OS-II任务控制块链表和OSTCBPrioTbl数组及变量OSTCBCur OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl0 OSTCBList OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl1 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl2 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTbl3 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTblOS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-2 OSTCBNext OSTCBPrev OSTCBPrio OSTCBTblOS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-1 OSTCBCur OSTCBPrioTbl 0 1 2 3 OS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-2 OS_MAX_TASKS+OS_N_SYS_TASKS-1 OSTCBFreeList 2.3.3 任务控制块的初始化 分配任务控制块和初始化操作操作系统的职责。 （1）应用程序调用函数OSTaskCreate()创建一个任务； （2）函数调用系统函数OSTCBInit()来为任务控制块进行初始化； （3）被创建任务从空任务控制块链表获取一个任务控制块； （4）用任务的属性对任务控制块各个成员进行赋值； （5）将这个任务控制块链入到任务控制块链表的头部。 INT8U OSTCBInit( INT8U prio, /任务的优先级别，保存在OSTCBPrio中 OS_STK *ptos, /任务堆栈栈顶指针，保存在OSTCBStkPtr中 OS_STK *pbos, /任务堆栈栈底指针，保存在OSTCBStkBottom中 INT16U id, /任务的标识符，保存在OSTCBId中 INT16U stk_size, /任务堆栈的长度，保存在OSTCBStkSize中 void *pext, /任务控制块的扩展指针，保存在OSTCBExtPtr中 INT16U opt /任务控制块的选择项，保存在OSTCBOpt中 INT8U OSTCBInit (INT8U prio, OS_STK *ptos, OS_STK *pbos, INT16U id, INT16U stk_size, void *pext, INT16U opt) OS_TCB *ptcb; OS_ENTER_CRITICAL(); ptcb = OSTCBFreeList; (1) if (ptcb != (OS_TCB *)0) (2) OSTCBFreeList = ptcb-OSTCBNext; OS_EXIT_CRITICAL(); ptcb-OSTCBStkPtr = ptos; (3) ptcb-OSTCBPrio = (INT8U)prio; ptcb-OSTCBStat = OS_STAT_RDY; ptcb-OSTCBDly = 0; #if OS_TASK_CREATE_EXT_EN 0 ptcb-OSTCBExtPtr = pext; ptcb-OSTCBStkSize = stk_size; ptcb-OSTCBStkBottom = pbos; ptcb-OSTCBOpt = opt; ptcb-OSTCBId = id; OS_TCBInit()首先试图从OS_TCB缓冲 池中得到一个任务控制块OS_TCB(1) 如果缓冲池中有空余的 OS_TCB,这个OS_TCB 就被初始化。(3) Ptos指向栈顶指针