嵌入式实时操作系统分析.ppt

《嵌入式实时操作系统分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式实时操作系统分析.ppt（162页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、嵌入式系统设计与实例开发 基于32位微处理器与实时操作系统 第五讲实时操作系统C/OS-分析 华北电力大学 控制与计算机工程学院,实时操作系统C/OS-II,1,3,2,4,C/OS-II概述,任务管理,中断和时间管理,任务之间的通信与同步,5,存储管理,通用操作系统和嵌入式（实时）操作系统,通用操作系统：Windows/NT/XP、Linux、UNIX等，用于PC机、服务器， 嵌入式（实时）操作系统：用于嵌入式设备的操作系统，具有通用操作系统的基本特点，又具有系统实时性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等特点； 嵌入式（实时）操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设

2、备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器Browser等； 嵌入式（实时）操作系统的重要指标：实时性（中断响应时间、任务切换时间等）、尺寸（可裁剪性 ）、可扩展性（内核、中间件）；,嵌入式操作系统的发展,常见的嵌入式操作系统,实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。 商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵,如Vxworks、QNX、WinCE、Palm OS等。 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有Linux,C/OS是一种源码开放的商业RTOS；,C/OS是商业操作系统,学习嵌入式操作系统,学习一种实时操作系统R

3、TOS，如uc/OS,掌握实时系统的概念和设计方法； 嵌入式系统以应用为中心，应用时选择“适用”的操作系统； 嵌入式Linux； 自己“写”RTOS一种学习态度；,RTOS在嵌入式系统中的位置,嵌入式硬件平台,BSP,KERNEL,FS,TCP/IP,设备驱动,设备I/O,调试工具,其它组件,应用,RTOS,C/C+,C/OS简介,1、C/OSMicro Controller O S，微控制器操作系统 2、 C/OS简介 美国人Jean Labrosse 1992年完成 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等 1998年C/OS-II，目

4、前的版本C/OS -II V2.61，2.72 2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器中 网站www.ucos-II.com（),公开源代码 可移植性（Portable） 绝大部分 C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的。和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压到最低限度，使得 C/OS-II便于移植到其他微处理器上。 C/OS-II可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器 、数字信号处理器（DSP）上运行。 可固化（ROMable） C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（C编

5、译、连接、下载和固化）， C/OS-II可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。 可裁剪（Scalable） 可以只使用 C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。也就是说某产品可以只使用很少几个 C/OS-II调用，而另一个产品则使用了几乎所有 C/OS-II的功能，这样可以减少产品中的 C/OS-II所需的存储器空间（RAM和ROM）。这种可剪裁性是靠条件编译实现的。,C/OS的性能特点（一）,占先式（Preemptive） 多任务 C/OS-II可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给系统。应用程序最多可以有256个任务 可确定性 全部 C/OS-II的函数调用与服务的执行时间

6、具有可确定性。 任务栈 每个任务有自己单独的栈， C/OS-II允许每个任务有不同的栈空间，以便压低应用程序对RAM的需求。 系统服务 C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。 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该中断唤醒，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。 稳定性与可靠性,C/OS的性能特点（二）,C/OS-II图书,描述了C/OS-II内部的工作原理 随书的CD中包含了源代码 工业界最清晰的源代码 除英文版外，有中文和韩文版,Chinese,Korean,

7、English,ISBN 1-57820-103-9 美国CMP BOOK,ISBN 7-81077-290-2 北京航空航天大学出版社,ISBN 89-951540-5-5,C/OS-II的各种商业应用,全世界有数百种产品在应用: Avionics Medical Cell phones Routers and switches High-end audio equipment Washing machines and dryers UPS (Uninterruptible Power Supplies) Industrial controllers GPS Navigation Syste

8、ms Microwave Radios Instrumentation Point-of-sale terminals 更多,C/OS-II提供的系统服务,信号量 带互斥机制的信号量 减少优先级倒置的问题 事件标志 消息信箱 消息队列 内存管理 时钟管理 任务管理,C/GUI and C/FS,C/GUI 嵌入式的用户界面 用ANSI C书写 支持任何8, 16, 32-bits CPU 彩色，灰、度，等级或黑白显示 代码尺寸小 C/FS 嵌入式的文件系统Written in ANSI C 用ANSI C书写 支持任何8, 16, 32-bits CPU 支持SMC, MMC, SD, CF,

9、 IDE, Flash, RAM其他介质,可移植的数据类型,typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; typedef signed char INT8S; typedef unsigned int INT16U; typedef signed int INT16S; typedef unsigned long INT32U; typedef signed long INT32S; typedef float FP32; typedef double FP64;,C/OS-II的文件结构,1,3,2,4,C/OS-II

10、概述,任务管理,中断和时间管理,任务之间的通信与同步,5,存储管理,任务的实现,创建任务的系统服务 OSTaskCreate() INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), /任务代码指针 void *pdata, /任务参数指针OS_STK *ptos, /任务栈的栈顶指针 INT8U prio /任务的优先级); OSTaskCreateExt(),提问：C/OS-II中的任务是进程还是线程？,任务主函数,一个任务通常是一个无限循环（返回值类型void） void MyTask(void *pdata) while (1) do somethin

11、g; waiting; do something; ,Why?,任务也可以自我删除（并非真的删除，只是内核不再知道该任务） void MyTask (void *pdata) . /* 用户代码 */ OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); ,C/OS-可以管理多达64个任务； 每个任务被赋以不同的优先级，取值从0到OS_LOWEST_PRIO-2，数值越小，优先级越高； 系统保留了优先级为0、1、2、3、OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRI0-2，OS_LOWEST_PRI0-1以及OS_LOWEST_PRI0这8个任务以被将来使用，用户可以有56个应用任务

12、； 任务的优先级同样也是它的标识号ID。,OS_CFG.H中定义63,空闲任务和统计任务,内核总是创建一个空闲任务OSTaskIdle()； 总是设置为最低优先级，OS_LOWEST_PRIOR； 当所有其他任务都未在执行时，空闲任务开始执行； 应用程序不能删除该任务； 空闲任务的工作就是把32位计数器OSIdleCtr加1，该计数器被统计任务所使用； 统计任务OSTaskStat()，提供运行时间统计。每秒钟运行一次，计算当前的CPU利用率。其优先级是OS_LOWEST_PRIOR-1，可选。,任务控制块TCB,任务控制块 OS_TCB是描述一个任务的核心数据结构，存放了它的各种管理信息，包

13、括任务堆栈指针，任务的状态、优先级，任务链表指针等； 一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将被赋值。,任务控制块TCB,typedef struct os_tcb 栈指针； INT16U OSTCBId; /*任务的ID*/ 链表指针； OS_EVENT *OSTCBEventPtr; /*事件指针*/ void *OSTCBMsg; /*消息指针*/ INT8U OSTCBStat; /*任务的状态*/ INT8U OSTCBPrio; /*任务的优先级*/ 其他 OS_TCB;,栈指针,OSTCBStkPtr：指向当前任务栈顶的指针，每个任务可以有自己的栈，栈的容量可以是任意的； OST

14、CBStkBottom：指向任务栈底的指针； OSTCBStkSize：栈的容量，用可容纳的指针数目而不是字节数（Byte）来表示。,链表指针,所有的任务控制块分属于两条不同的链表，单向的空闲链表（头指针为OSTCBFreeList）和双向的使用链表（头指针为OSTCBList）； OSTCBNext、OSTCBPrev：用于将任务控制块插入到空闲链表或使用链表中。每个任务的任务控制块在任务创建的时候被链接到使用链表中，在任务删除的时候从链表中被删除。双向连接的链表使得任一成员都能快速插入或删除。,空闲TCB链表,所有的任务控制块都被放置在任务控制块列表数组OSTCBTbl中，系统初始化时，所

15、有TCB被链接成空闲的单向链表，头指针为OSTCBFreeList。当创建一个任务后，就把OSTCBFreeList所指向的TCB赋给了该任务，并将它加入到使用链表中，然后把OSTCBFreeList指向空闲链表中的下一个结点。,系统初始化后,指针数组，指向相应TCB,任务的状态休眠,休眠状态（Dormant）：任务存在于内存空间中，但内核不可见； 可以通过以下函数通知内核，使之变为就绪状态： OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt() 可以通过以下函数返回到休眠状态： OSTaskDel(),任务的状态就绪,就绪状态（Ready）：万事具备，只欠CPU； 在所有的就绪任

16、务当中，具有最高优先级的任务被选中去运行； 如果任务在运行的时候被抢占了CPU，则又回到就绪状态。,任务的状态运行,运行状态（Running）：任务在CPU上运行； 当一个任务在运行时，如果没有关闭中断，则有可能被中断所打断； 当一个任务在运行时，可能因为各种原因进入阻塞状态。 OSMBoxPend(),OSQPend(),OSSemPend() OSTaskSuspend(), OSTimeDly(),任务的状态ISR,中断服务状态（ISR）：该任务原来在CPU上运行，后来被中断所打断，由中断服务程序ISR接管了CPU； 当中断服务程序运行完毕后，内核要判断是否有新的、更高优先级的任务就绪，

17、如果有，则原有的任务被抢占；如果没有，则原有的任务重新运行。,任务的状态阻塞,阻塞/等待状态（Waiting）：任务由于正在等待某个事件（信号量、邮箱或队列）而被挂起； 当任务等待的事件发生时，回到就绪状态。 OSMBoxpost(), OSQPost(), OSSemPost(), OSTaskResume(), OSTimeDlyResume()或OSTimeTick(),状态的转换,删除任务,任务就绪表,每个任务的就绪态标志放入在就绪表中，就绪表中有两个变量OSRdyGrp和OSRdyTbl。 在OSRdyGrp中，任务按优先级分组，8个任务为一组。OSRdyGrp中的每一位表示8组任务

18、中每一组中是否有进入就绪态的任务。任务进入就绪态时，就绪表OSRdyTbl中的相应元素的相应位也置位。,任务就绪表,优先级最低任务,（空闲任务）,优先级最高任务,任务优先级号,对于整数OSRdyTbli（0i7），若它的某一位为1，则OSRdyGrp的第i位为1。 任务的优先级由X和Y确定,根据优先级确定就绪表(1),假设优先级为12的任务进入就绪状态，12=1100b,则OSRdyTbl1的第4位置1，且OSRdyGrp的第1位置1，相应的数学表达式为: OSRdyGrp |=0 x02； OSRdyTbl1 |=0 x10; 而优先级为21的任务就绪21=10 101b，则OSRdyTbl

19、2的第5位置1，且OSRdyGrp的第2位置1,相应的数学表达式为： OSRdyGrp |=0 x04； OSRdyTbl2 |=0 x20;,根据优先级确定就绪表(2),从上面的计算可知:若OSRdyGrp及OSRdyBbl的第n位置1，则应该把OSRdyGrp及OSRdyBbl的值与2n 相或。uC/OS中，把2n的n=0-7的8个值先计算好存在数组OSMapTbl7中,也就是： OSMapTbl0 = 20 = 0 x01（0000 0001） OSMapTbl1 = 21 = 0 x02（0000 0010） OSMapTbl7 = 27 = 0 x80（1000 0000）,使任务进

20、入就绪态,如果prio是任务的优先级，即任务的标识号，则将任务放入就绪表，即使任务进入就绪态的方法是： OSRdyGrp |= OSMapTblprio3; OSRdyTblprio3 |= OSMapTblprio,使任务脱离就绪态,将任务就绪表OSRdyTblprio3相应元素的相应位清零，而且当OSRdyTblprio3中的所有位都为零时，即该任务所在组的所有任务中没有一个进入就绪态时，OSRdyGrp的相应位才为零。 if(OSRdyTblprio3 ,任务的调度,C/OS是可抢占实时多任务内核，它总是运行就绪任务中优先级最高的那一个。 C/OS中不支持时间片轮转法，每个任务的优先级要

21、求不一样且是唯一的，所以任务调度的工作就是：查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换。 C/OS任务调度所花的时间为常数，与应用程序中建立的任务数无关。,确定哪个任务的优先级最高，应该选择哪个任务去运行，这部分的工作是由调度器（Scheduler）来完成的。 任务级的调度是由函数OSSched()完成的； 中断级的调度是由另一个函数OSIntExt()完成的。,根据就绪表确定最高优先级,两个关键: 将优先级数分解为高三位和低三位分别确定； 高优先级有着小的优先级号；,根据就绪表确定最高优先级,通过OSRdyGrp值确定高3位，假设OSRdyGrp0 x08=0 x00001000，第3位

22、为1，优先级的高3位为011; 通过OSRdyTbl3的值来确定低3位，假设OSRdyTbl30 x3a，第1位为1，优先级的低3位为001，3*8+1=25,任务优先级,任务调度器,void OSSched (void) INT8U y; OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSLockNesting | OSIntNesting) = 0) y = OSUnMapTblOSRdyGrp; OSPrioHighRdy = (INT8U)(y 3) + OSUnMapTblOSRdyTbly); if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) OSTCBHighR

23、dy=OSTCBPrioTblOSPrioHighRdy; OSCtxSwCtr+; OS_TASK_SW(); OS_EXIT_CRITICAL(); ,检查是否中断调用和允许任务调用,找到优先级最高的任务,该任务是否正在运行,源代码中使用了查表法,查表法具有确定的时间，增加了系统的可预测性，uC/OS中所有的系统调用时间都是确定的 Y = OSUnMapTblOSRdyGrp; X = OSUnMapTblOSRdyTblY; Prio = (Y3) + X;,参见OS_CORE.C,INT8U const OSUnMapTbl = 0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0

24、, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0

25、, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0

26、, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0 ;,优先级判定表OSUnMapTbl256,举例： 如OSRdyGrp的值为01101000B，即0X68，则查得OSUnMapTblOSRdyGrp的值是3，它相应于OSRdyGrp中的第3位置1； 如OSRdyTbl3的值是11100100B，即0XE4，则查OSUnMapTblOSRdyTbl3的值是2，则进入就绪

27、态的最高任务优先级 Prio=3*8+2=26,任务切换,将被挂起任务的寄存器内容入栈； 将较高优先级任务的寄存器内容出栈，恢复到硬件寄存器中。,任务级的任务切换OS_TASK_SW(),通过sc系统调用指令完成 保护当前任务的现场 恢复新任务的现场 执行中断返回指令 开始执行新的任务,调用OS_TASK_SW()前的数据结构,低优先级任务 OS_TCB,OSTCBCur (1),存贮器低地址,存贮器高地址,堆栈方向,SP,R1,R2,R3,R4,PC,PSW,存贮器低地址,存贮器高地址,高优先级任务 OS_TCB,OSTCBHighRdy (3),(2),CPU,(4),(5),保存当前CP

28、U寄存器的值,低优先级任务 OS_TCB,OSTCBCur,存贮器低地址,存贮器高地址,堆栈方向,SP,R1,R2,R3,R4,PC,PSW,存贮器低地址,存贮器高地址,高优先级任务 OS_TCB,OSTCBHighRdy (3),(2),CPU,(4),(5),(1),(3),重新装入要运行的任务,低优先级任务 OS_TCB,OSTCBCur,存贮器低地址,存贮器高地址,堆栈方向,SP,R1,R2,R3,R4,PC,PSW,存贮器低地址,存贮器高地址,高优先级任务 OS_TCB,OSTCBHighRdy OSTCBCur (1),(2),CPU,(4),(4),(1),(3),(3),(4)

29、,任务切换OS_TASK_SW()的代码,Void OSCtxSw(void) 将R1,R2,R3及R4推入当前堆栈； OSTCBCurOSTCBStkPtr = SP; OSTCBCur = OSTCBHighRdy; SP = OSTCBHighRdy OSTCBSTKPtr; 将R4,R3,R2及R1从新堆栈中弹出； 执行中断返回指令； ,给调度器上锁,OSSchedlock()：给调度器上锁函数，用于禁止任务调度，保持对CPU的控制权（即使有优先级更高的任务进入了就绪态）； OSSchedUnlock()：给调度器开锁函数，当任务完成后调用此函数，调度重新得到允许； 当低优先级的任务要

30、发消息给多任务的邮箱、消息队列、信号量时，它不希望高优先级的任务在邮箱、队列和信号量还没有得到消息之前就取得了CPU的控制权，此时，可以使用调度器上锁函数。,任务管理的系统服务,创建任务 删除任务 修改任务的优先级 挂起和恢复任务 获得一个任务的有关信息,创建任务,创建任务的函数 OSTaskCreate(); OSTaskCreateExt(); OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的扩展版本，提供了一些附加的功能； 任务可以在多任务调度开始 (即调用OSStart() 之前创建，也可以在其它任务的执行过程中被创建。但在OSStart()被调用之前，用户必须创建至

31、少一个任务； 不能在中断服务程序(ISR)中创建新任务。,OSTaskCreate(),INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), /任务代码指针 void *pdata, /任务参数指针OS_STK *ptos, /任务栈的栈顶指针 INT8U prio /任务的优先级); 返回值 OS_NO_ERR：函数调用成功；OS_PRIO_EXIT：任务优先级已经存在；OS_PRIO_INVALID：任务优先级无效。,OSTaskCreate()的实现过程,任务优先级检查 该优先级是否在0到OS_LOWSEST_PRIO之间？ 该优先级是否空闲？ 调用OS

32、TaskStkInit()，创建任务的栈帧； 调用OSTCBInit()，从空闲的OS_TCB池（即OSTCBFreeList链表）中获得一个TCB并初始化其内容，然后把它加入到OSTCBList链表的开头，并把它设定为就绪状态； 任务个数OSTaskCtr加1； 调用用户自定义的函数OSTaskCreateHook()； 判断是否需要调度（调用者是正在执行的任务）,OSTaskCreateExt(),INT8U OSTaskCreateExt(前四个参数与OSTaskCreate相同，INT16U id, /任务的IDOS_STK *pbos, /指向任务栈底的指针 INT32U stk_s

33、ize, /栈能容纳的成员数目void *pext,/指向用户附加数据域的指针INT16U opt /一些选项信息); 返回值：与OSTaskCreate()相同。,任务的栈空间,每个任务都有自己的栈空间（Stack），栈必须声明为OS_STK类型，并且由连续的内存空间组成； 栈空间的分配方法 静态分配：在编译的时候分配，例如：static OS_STK MyTaskStackstack_size;OS_STK MyTaskStackstack_size; 动态分配：在任务运行的时候使用malloc()函数来动态申请内存空间；,OS_STK *pstk; pstk = (OS_STK *)ma

34、lloc(stack_size); /* 确认malloc()能得到足够的内存空间 */ if (pstk != (OS_STK *)0) Create the task; ,动态分配,内存碎片问题,在动态分配中，可能存在内存碎片问题。特别是当用户反复地建立和删除任务时，内存堆中可能会出现大量的碎片，导致没有足够大的一块连续内存区域可用作任务栈，这时malloc()便无法成功地为任务分配栈空间。,3Kb,堆初始状态,3个任务,删除A,C,内碎片/外碎片?,栈的增长方向,栈的增长方向的设置 从低地址到高地址：在OS_CPU.H中，将常量 OS_STK_GROWTH设定为 0； 从高地址到低地址：

35、在OS_CPU.H中，将常量 OS_STK_GROWTH设定为 1； OS_STK TaskStackTASK_STACK_SIZE; OSTaskCreate(task, pdata, ,删除任务,OSTaskDel()：删除一个任务，其TCB会从所有可能的系统数据结构中移除。任务将返回并处于休眠状态（任务的代码还在）。 如果任务正处于就绪状态，把它从就绪表中移出，这样以后就不会再被调度执行了； 如果任务正处于邮箱、消息队列或信号量的等待队列中，也把它移出； 将任务的OS_TCB从OSTCBList链表当中移动到OSTCBFreeList。,OSTaskChangePrio()：在程序运行期

36、间，用户可以通过调用本函数来改变某个任务的优先级。 INT8U OSTaskChangePrio(INT8U oldprio, INT8U newprio) OSTaskQuery()：获得一个任务的有关信息 获得的是对应任务的OS_TCB中内容的拷贝。,OSTaskSuspend()：挂起一个任务 如果任务处于就绪态，把它从就绪表中移出； 在任务的TCB中设置OS_STAT_SUSPEND标志，表明该任务正在被挂起。 OSTaskResume()：恢复一个任务 恢复被OSTaskSuspend()挂起的任务； 清除TCB中OSTCBStat字段的OS_STAT_SUSPEND位,挂起和恢复任

37、务,第三章、实时操作系统C/OS-II,1,3,2,4,C/OS-II概述,任务管理,中断和时间管理,任务之间的通信与同步,5,存储管理,6,C/OS-II的移植,中断处理,中断：由于某种事件的发生而导致程序流程的改变。产生中断的事件称为中断源。 CPU响应中断的条件： 至少有一个中断源向CPU发出中断信号； 系统允许中断，且对此中断信号未予屏蔽。,中断服务程序ISR,中断一旦被识别，CPU会保存部分（或全部）运行上下文（context，即寄存器的值），然后跳转到专门的子程序去处理此次事件，称为中断服务子程序(ISR)。 C/OS-中，中断服务子程序要用汇编语言来编写，然而，如果用户使用的C语

38、言编译器支持在线汇编语言的话，用户可以直接将中断服务子程序代码放在C语言的程序文件中。,(1)保存全部CPU寄存器的值; (2)调用OSIntEnter()，或直接把全局变量OSIntNesting（中断嵌套层次）加1； (3)执行用户代码做中断服务; (4)调用OSIntExit()； (5)恢复所有CPU寄存器； (6)执行中断返回指令。,用户ISR的框架,OSIntEnter(),/* 在调用本函数之前必须先将中断关闭 */ void OSIntEnter (void) if (OSRunning = TRUE) if (OSIntNesting 255) OSIntNesting+;

39、,OSIntExit的意义,OSIntExit(),void OSIntExit (void) OS_ENTER_CRITICAL(); /关中断 if (-OSIntNesting|OSLockNesting) = 0) /判断嵌套是否为零 /把高优先级任务装入 OSIntExitY = OSUnMapTblOSRdyGrp; OSPrioHighRdy=(INT8U)(OSIntExitY 3) + OSUnMapTblOSRdyTblOSIntExitY); if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTblOSPrio

40、HighRdy; OSCtxSwCtr+; OSIntCtxSw(); OS_EXIT_CRITICAL(); /开中断返回 ,OSIntCtxSw(),在任务切换时，为什么使用OSIntCtxSw()而不是调度函数中的OS_TASK_SW()？ 原因有二点 一半的任务切换工作，即CPU寄存器入栈，已经在前面做完了； 需要保证所有被挂起任务的栈结构是一样的。,OSIntExit的关键OSIntCtxSw,实现中断级的任务切换 ARM在栈指针调整过程中的优势,调用中断切换函数OSIntCtxSw() 后的堆栈情况,时钟节拍,时钟节拍是一种特殊的中断，相当于操作系统的心脏起搏器； C/OS需要用户

41、提供周期性信号源，用于实现时间延时和确认超时。节拍率应在10到100Hz之间，时钟节拍率越高，系统的额外负荷就越重； 时钟节拍的实际频率取决于用户应用程序的精度。时钟节拍源可以是专门的硬件定时器，或是来自50/60Hz交流电源的信号。,时钟节拍ISR,void OSTickISR(void) (1)保存处理器寄存器的值； (2)调用OSIntEnter()或将OSIntNesting加1; (3)调用OSTimeTick(); /*检查每个任务的时间延时*/ (4)调用OSIntExit(); (5)恢复处理器寄存器的值; (6)执行中断返回指令; ,时钟节拍函数 OSTimtick(),时间

42、管理,与时间管理相关的系统服务: OSTimeDLY() OSTimeDLYHMSM() OSTimeDlyResmue() OStimeGet() OSTimeSet(),OSTimeDLY(),OSTimeDLY()：任务延时函数，申请该服务的任务可以延时一段时间； 调用OSTimeDLY后，任务进入等待状态； 使用方法 void OSTimeDly (INT16U ticks); ticks表示需要延时的时间长度，用时钟节拍的个数来表示。,OSTimeDLY(),void OSTimeDly (INT16U ticks) if (ticks 0) OS_ENTER_CRITICAL();

43、 if (OSRdyTblOSTCBCur-OSTCBY ,OSTimeDLY(1)的问题,OSTimeDlyHMSM(),OSTimeDlyHMSM()：OSTimeDly()的另一个版本，即按时分秒延时函数； 使用方法 INT8U OSTimeDlyHMSM( INT8U hours, / 小时 INT8U minutes, / 分钟 INT8U seconds, / 秒 INT16U milli / 毫秒 );,OSTimeDlyResume(),OSTimeDlyResume()：让处在延时期的任务提前结束延时，进入就绪状态； 使用方法 INT8U OSTimeDlyResume (I

44、NT8Uprio); prio表示需要提前结束延时的任务的优先级/任务ID。,系统时间,每隔一个时钟节拍，发生一个时钟中断，将一个32位的计数器OSTime加1； 该计数器在用户调用OSStart()初始化多任务和4,294,967,295个节拍执行完一遍的时候从0开始计数。若时钟节拍的频率等于100Hz，该计数器每隔497天就重新开始计数； OSTimeGet()：获得该计数器的当前值； INT32U OSTimeGet (void); OSTimeSet()：设置该计数器的值。 void OSTimeSet (INT32U ticks);,何时启动系统定时器,如果在OSStart之前启动定

45、时器，则系统可能无法正确执行完OSStartHighRdy OSStart函数直接调用OSStartHighRdy去执行最高优先级的任务，OSStart不返回。 系统定时器应该在系统的最高优先级任务中启动 使用OSRunning变量来控制操作系统的运行 在我们的移植版本中，使用了uCOS-II中的保留任务1作为系统任务。负责启动定时器,时钟节拍的启动,用户必须在多任务系统启动以后再开启时钟节拍器，也就是在调用OSStart()之后； 在调用OSStart()之后做的第一件事是初始化定时器中断。,void main(void) . OSInit(); /* 初始化uC/OS-II*/ /* 应用

46、程序初始化代码. */ /* 调用OSTaskCreate()创建至少一个任务*/ 允许时钟节拍中断; /* 错误！可能crash!*/ OSStart(); /* 开始多任务调度 */ ,系统的初始化与启动,在调用C/OS-II的任何其它服务之前，用户必须首先调用系统初始化函数OSInit()来初始化C/OS的所有变量和数据结构； OSInit()建立空闲任务OSTaskIdle()，该任务总是处于就绪状态，其优先级一般被设成最低，即OS_LOWEST_PRIO；如果需要，OSInit()还建立统计任务OSTaskStat()，并让其进入就绪状态； OSInit()还初始化了4个空数据结构缓

47、冲区：空闲TCB链表OSTCBFreeList、空闲事件链表OSEventFreeList、空闲队列链表OSQFreeList和空闲存储链表OSMemFreeList。,系统初始化后的状态,C/OS-II的启动,多任务的启动是用户通过调用OSStart()实现的。然而，启动C/OS-之前，用户至少要建立一个应用任务。,void main (void) OSInit(); /* 初始化uC/OS-II */ . 通过调用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt() 创建至少一个任务; . OSStart(); /*开始多任务调度! 永不返回*/ ,OSStart(),void

48、 OSStart (void) INT8U Y; INT8U X; if (OSRunning = FALSE) y = OSUnMapTblOSRdyGrp; x = OSUnMapTblOSRdyTbly; OSPrioHighRdy = (INT8U)(Y3) + X); OSPrioCur = OSPrioHighRdy; OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTblOSPrioHighRdy; OSTCBCur = OSTCBHighRdy; OSStartHighRdy(); ,统计任务初始化函数OSStatInit (void),统计任务初始化,系统启动后的状态,假设用户创建的 任务优先级为6,第三章、实时操作系统C/OS-II,1,3,2,4,C/OS-II概述,任务管理,中断和时间管理,任务之间的通信与同步,5,存储管理,任务间通信与同步,任务间通信的管理：事件控制块ECB； 同步与互斥 临界区（Critical Sections）； 信号量（Semaphores）； 任务间通信 邮箱（Message Mailboxes）； 消息队列（Message Queues）。,事件控制块ECB,ECB数据结构 typedef struct