ARM Cortex-M3嵌入式开发及应用教与学 课件 第10章 μCOS-II系统与移植

第十章

μC/OS-II系统与移植目录μC/OS-II系统移植μC/OS-II系统结构与配置μC/OS-II系统任务本章小结本章将介绍嵌入式实时操作系统μC/OS-II的系统结构及其在STM32F103RCT6学习板上的移植工程，并将阐述μC/OS-II系统配置与裁剪的方法。μC/OS-II是美国Labrosse先生推出的开源嵌入式实时操作系统，具有体积小、实时性强和移植能力强的特点。μC/OS-II可以移植到几乎所有的ARM微控制器上，那些具有一定RAM空间（最好是8kB以上）且具有堆栈操作的微控制器均可成功移植。STM32F103RCT6片上RAM空间为48kB，可以很好地支持μC/OS-II系统。110.1μC/OS-II系统移植23在工程PRJ26的基础上，新建工程“PRJ27”，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27”目录下，此时的工程PRJ27与工程PRJ26完全相同。现在，进行下面的设计工作：（1）在工程PRJ27工作窗口中，单击“ManageRun-TimeEnvironment”快捷钮（“管理运行环境”），或者单击菜单“Project|Manage|Run-TimeEnvironment...”，将弹出如右图所示对话框。μC/OS-II系统移植4然后，单击“OK”按钮进入下图所示界面。μC/OS-II系统移植5（2）在上图中左侧的工程管理器中，鼠标右键单击“STM32F103RCT6”，在其弹出菜单中单击“OptionsforTarget‘STM32F103RCT6’...Alt+F7”，进入下图所示对话框，在下图中选择“C/C++”选项卡。μC/OS-II系统移植6（3）修改系统启动文件startup_stm32f10x_hd.s，如下面的程序段所示。μC/OS-II系统移植7（4）修改文件app_cfg.h，如下面的程序段所示。（5）修改includes.h文件，如下面的程序段所示。μC/OS-II系统移植8（6）修改main.c文件，如下面的程序段所示。μC/OS-II系统移植9（7）新建文件strfun.c和strfun.h，保存在目录“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27\USER”下，其代码如下面的程序段所示。μC/OS-II系统移植10μC/OS-II系统移植11（8）新建文件task01.c和task01.h，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27\USER”目录下，其代码如下面的程序段所示。μC/OS-II系统移植12（9）修改exti.c文件中如下面的程序段所示的部分。μC/OS-II系统移植13（10）修改os_cfg.h文件中宏常量“OS_TMR_EN”的值，由0u修改为1u（位于文件的第139行），表示打开系统定时器模块。第10.2节中将详细介绍os_cfg.h文件。（11）将文件strfun.c和task01.c添加到工程管理器的“USER”分组下。（12）在bsp.c文件中注释掉SysTickInit函数，即“//SysTickInit();”，工程中的systick.c和systick.h文件可以从工程中移除，这是因为系统节拍定时器专用于μC/OS-II操作系统。工程PRJ27是一个完整的工程，在STM32F103RCT6学习板上运行时，LED灯D11每隔1秒闪烁一次（注意：LED灯D9不闪烁，D10的闪烁由通用定时器2控制），在LCD屏的左上角显示一行信息“uC/OS-IIVersion:2.9211.”（如果按下按键S18或S19蜂鸣器将启动或关闭），如右图所示。μC/OS-II系统移植10.2μC/OS-II系统结构与配置1415本书使用的μC/OS-II嵌入式实时操作系统，版本号为V2.92.11，结合工程PRJ27工作窗口图可知，μC/OS-II共有16个系统文件（包括ucos_ii.h），如下表所示。μC/OS-II系统结构与配置16如果重点关注μC/OS-II系统的应用程序设计，可以只关心系统配置文件os_cfg.h，通过该文件可对μC/OS-II系统进行裁剪，该文件内容如下面的程序段所示。μC/OS-II系统结构与配置17μC/OS-II系统结构与配置18μC/OS-II系统结构与配置19μC/OS-II系统结构与配置20μC/OS-II系统结构与配置下面将os_cfg.h文件中常用的配置宏列在下表中。10.3μC/OS-II系统任务2122μC/OS-II系统任务μC/OS-II具有3个系统任务，即空闲任务、统计任务和定时器任务（注意，定时器任务在一些书中被称为用户任务，本书中将定时器任务称为系统任务）。系统任务由μC/OS-II内核创建；除了系统任务外，其余任务由用户创建，实现所需要的功能，均被称为用户任务。23空闲任务空闲任务是当所有其他任务均没有使用CPU时，空闲任务占用CPU，因此，空闲任务是μC/OS-II中优先级最低的任务，其优先级号固定为OS_LOWEST_PRIO。空闲任务实现的工作为：每执行一次空闲任务，系统全局变量OSIdleCtr自增1；每次空闲任务的执行都将调用一次钩子函数OSTaskIdleHook，用户可以通过该钩子函数扩展功能，例如使STM32F103RCT6进入低功耗模式。24统计任务统计任务用于统计CPU的使用率和各个任务的堆栈使用情况。统计任务的优先级号固定为OS_LOWEST_PRIO-1，仅比空闲任务的优先级高，对于μC/OS-IIV2.92.11而言，每0.1秒执行统计任务一次，将统计这段时间内空闲任务运行的时间，用OSIdleCtr表示，用该数值与0.1秒时间内只有空闲任务运行时的OSIdleCtr的值（用OSIdleCtrMax表示，在OSStatInit函数中统计到该值）相比，即得到这0.1秒时间内的CPU空闲率，1减去CPU空闲率的差为CPU使用率。当需要查询某个任务的堆栈使用情况时，必须在创建这个任务时把它的堆栈内容全部清0，这样，统计任务在统计每个任务的堆栈使用情况时，统计其堆栈中不为0的元素个数，该值为其堆栈使用的长度，堆栈总长度减去前者即得到该任务的空闲堆栈空间长度。25统计任务当程序段10-10的第44行OS_TASK_STAT_EN为1时，则开启μC/OS-II统计任务功能。此时需要在第一个用户任务的无限循环体前面插入语句“OSStatInit();”以初始化统计任务，并且要求使用函数OSTaskCreateExt创建用户任务，最后一个参数使用“OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR”。统计任务可以统计各个任务的CPU占用率以及其堆栈占用情况。一般地，在第一个用户任务中显示CPU使用率和各个任务堆栈占用情况，CPU使用率保存在一个系统全局变量OSCPUUsage中，其值为0~100的整数，如果为3，则表示CPU使用率为3%。26统计任务当查询某个任务的堆栈使用情况时，需要定义结构体变量类型OS_STK_DATA的变量，然后调用函数OSTaskStkChk，该函数有两个参数，第一个为任务优先级号，第二个为指向OS_STK_DATA型结构体变量的指针。例如，OS_STK_DATAStkData;OSTaskStkChk(2,&StkData);则将优先级号为2的任务的堆栈使用情况保存在StkData变量中，其中，StkData.OSFree为该任务空闲的堆栈大小，StkData.OSUsed为该任务使用的堆栈大小，单位为字节。27定时器任务定时器任务由μC/OS-II系统提供，用于创建软定时器（或称系统定时器）。相对于STM32F103RCT6芯片的硬件定时器而言，软定时器是指μC/OS-II系统提供的软件定时器组件，具有和硬件定时器相似的定时功能。根据表10-2所示的配置方式，在后续的工程中将定时器任务的优先级号配置为61。程序段10-10中第105行宏定义了常量OS_TMR_CFG_MAX为16，表示最多可以创建16个软定时器。μC/OS-II定时器任务可管理的定时器数量仅受定时器数据类型的限制，对于16位无符号整型而言，可管理多达65536个定时器。10.4本章小结2829本章小结本章详细讨论了μC/