ucosii任务管理及调度ppt课件.ppt

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1、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）

2、、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RTOS，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”RTO

3、S一种学习态度；,C/OS-II的层次示意图,基于C/OS-II的嵌入式系统软件层次示意图如右图所示,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，目前的版本C/OS -II V2.61，2.722000年，得到美国航

4、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

5、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

6、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,English,ISBN 1-57820-103-9美国CMP BOOK,ISBN 7-8107

7、7-290-2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:AvionicsMedicalCell phonesRouters and switchesHigh-end audio equipmentWashing machines and dryersUPS (Uninterruptible Power Supplies)Industrial controllersGPS Navigation SystemsMicrowave RadiosInstrumentationPoint-of-sale terminals更多,

8、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, IDE, Flash, RAM其他介质,可移植的数据类型,typedef unsigned char BOOLEAN;typedef unsigned char

9、 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概述,任务和任务管理,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 (voi

10、d (*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 something; 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) . /

11、* 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；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_PRIO

12、R；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 OSTCBI

13、d; /*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；OSTCBStkBottom：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

14、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

15、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(任务被中断时才可能被抢占）,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

16、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，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

17、状态。OSMBoxpost(), OSQPost(), OSSemPost(), OSTaskResume(), OSTimeDlyResume()或OSTimeTick(),状态的转换,删除任务,任务就绪表及其操作管理,多个任务的就绪态优先顺序是靠任务就绪表管理的，就是用存放任务准备就绪标志的列表管理。对其操作设置算法的设计，要求能保证每次任务的调度切换时间的可确定性、一致性和高速性。为了做到这点，C/OS设计者采用一种特殊的算法方式。整个操作设置算法由两个变量（ OSRdyGrp， OSRdyTbl8 ），两个表格（ OSMapTblIndex ， INT8U const OSUnMapT

18、bl ），三个程序组成。三个程序分别用于任务登记进入就绪态、任务脱离就绪态、找出最高优先级就绪态任务三种就绪表操作。,任务就绪表及其操作管理,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、OSRdyTbl。每个任务就绪标志置于OSRdyTbl相应位中。在登记进入就绪态对OSRdyGrp的操作，是为了在第三种操作时提供有效的信息。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

19、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,任务调度器,C/OS-II任务就绪表,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OSRdyTbl2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； OSRdy

20、Tbl2 |=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）,掩码映射表,使任务进入就绪态,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（程序

21、）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。任务脱离就绪态的方法（程序）是：if(OSRdyTblprio3 ,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 x0

22、0001000，第3位为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,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, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4,

23、 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, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2,

24、 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, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3,

25、 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，则进入就绪态的最高任务优先级 Prio=3*8+2=26

26、,任务的调度及任务调度器,C/OS-II调度算法和调度方式优先级调度算法原理为：给每一个任务分配一个惟一优先级，各优先级用一个整形数值标识，某优先级的值越大，其优先级越低；某优先级的值越小，其优先级越高。也就是说，如果当前操作系统准备进行调度，当有两个任务处于就绪状态， 系统将优先执行优先级别高的任务。C/OS-II操作系统有两种调度方式：任务级任务调度和中断级任务调度，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。 C/OS-II操作系统在完成中断后允许进行新的调度，因此，C/OS-II操作系统是可抢占性的，是强实时性操作系统，这是C/O

27、S-II操作系统内核的重要特性。,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。,任务调度器,调度器OSSched()的任务调度：,确定就绪表中哪个就绪任务的优先级最高，应该选择哪个任务去运行，这部分的工作是由调度器（Scheduler）的调度部分来完成的。 注意：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()

28、完成的。,开始,因处理全局变量而关中断,找出准备就绪且优先级最高的任务,将准备就绪的最高优先级任务指向该任务的控制块,改任务是否为当前运行任务,是否中断嵌套或调度上锁,开中断,调用任务切换函数,任务切换统计数器加1,结束,C/OS任务调度器实现及源代码分析,void OSSched (void) INT8U y; OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSLockNesting | OSIntNesting) = 0) y = OSUnMapTblOSRdyGrp; OSPrioHighRdy = (INT8U)(y 3) + OSUnMapTblOSRdyTbly); if (O

29、SPrioHighRdy != OSPrioCur) OSTCBHighRdy=OSTCBPrioTblOSPrioHighRdy; OSCtxSwCtr+; OS_TASK_SW(); OS_EXIT_CRITICAL();,检查是否中断调用和允许任务调用（调度器上锁）,找到优先级最高的任务,该任务是否正在运行,void OSSched (void) INT8U y; OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSLockNesting | OSIntNesting) = 0) y = OSUnMapTblOSRdyGrp; OSPrioHighRdy = (INT8U)(y 3)

30、+ OSUnMapTblOSRdyTbly); 从上段调度部分代码看，其调度工作主要是就绪表的操作。其中涉及两个系统定义的全局变量 ：当前任务的优先级号OSPrioCur变量和就绪更高优先级新任务的优先级号OSPrioHighRdy变量。 OSPrioHighRdy可作为存放任务控制块指针数组 OSTCBPrioTbl的下标，以获得新任务控制块指针并存放于OSTCBHighRdy。,任务调度器就绪表操作,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

31、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CPU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),

32、(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,OSTCBHighRdyOSTCBCur(1),(2),CPU,(4),(4),(1),(3),(3),(4),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 O

33、STCBSTKPtr; 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。,程序清单 :给调度器上锁,程序清单 :给调度器开锁.,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

34、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

35、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OSTaskStkInit()，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OS

36、TaskCtr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_size, /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，

37、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 *)malloc(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

38、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：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

39、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。,OSTaskSus

40、pend()：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

41、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

42、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+; ,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 = OSUnMa

43、pTblOSRdyGrp; OSPrioHighRdy=(INT8U)(OSIntExitY 3) + OSUnMapTblOSRdyTblOSIntExitY); if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTblOSPrioHighRdy; 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

44、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

45、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

46、 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(); 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

47、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 (INT8Uprio);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；OST

48、imeGet()：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之前启动定时器，则系统可能无法正确执行完OSStartHighRdyOSStart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

49、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OST

50、askIdle()，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();