uC/OS-II的系統(tǒng)架構(gòu)

1. uC/OS-II文件結(jié)構(gòu)

與處理器無關(guān)的代碼：OS_CORE.C, OS_FLAG.C, OS_MBOX.C, OS_MEM.C, OS_MUTEX.C, OS_Q.C, OS_SEM.C, OS_TASK.C, OS_TIME.C, UCOS_II.C, UCOS_II.H。

配置文件(與應(yīng)用程序有關(guān))：OS_CFG.H, INCLUDES.H

與處理器有關(guān)的代碼(移植)：OS_CPU.H, OS_CPU_A.ASM, OS_CPU_C.C

2. uC/OS-II組成部分

uC/OS-II大致可以分成系統(tǒng)核心(包含任務(wù)調(diào)度)、任務(wù)管理、時(shí)間管理、多任務(wù)同步與通信、內(nèi)存管理、CPU移植等部分。

(1) 核心部分(OSCore.c) ：uC/OS-II處理核心，包括初始化、啟動(dòng)、中斷管理、時(shí)鐘中斷、任務(wù)調(diào)度及事件處理等用于系統(tǒng)基本維持的函數(shù)。

(2) 任務(wù)管理(OSTask.c) ：包含與任務(wù)操作密切相關(guān)的函數(shù)，包括任務(wù)建立、刪除、掛起及恢復(fù)等，uC/OS II以任務(wù)為基本單位進(jìn)行調(diào)度。

(3) 時(shí)鐘部分(OSTime.c) ：uC/OS-II中最小時(shí)鐘單位是timetick(時(shí)鐘節(jié)拍)，其中包含時(shí)間延遲、時(shí)鐘設(shè)置及時(shí)鐘恢復(fù)等與時(shí)鐘相關(guān)的函數(shù)。

(4) 多任務(wù)同步與通信(OSMbox.c, OSQ.c, OSSem.c, OSMutex.c, OSFlag.c)：包含事件管理函數(shù)，涉及Mbox、msgQ、Sem、Mutex、Flag等。

(5) 內(nèi)存管理部分(OSMem.c)：主要用于構(gòu)建私有的內(nèi)存分區(qū)管理機(jī)制，其中包含創(chuàng)建memPart、申請(qǐng)/釋放memPart、獲取分區(qū)信息等函數(shù)。

(6) CPU接口部分：uC/OS-II針對(duì)特定CPU的移植部分，由于牽涉到SP等系統(tǒng)指針，通常用匯編語言編寫，包括任務(wù)切換、中斷處理等內(nèi)容。

3. uC/OS-II任務(wù)狀態(tài)

在uC/OS-II中，一個(gè)任務(wù)就是一個(gè)線程，該任務(wù)可以認(rèn)為CPU完全屬于它自己。任務(wù)有自己的堆棧和CPU寄存器，并且被賦予一定的優(yōu)先級(jí)。任務(wù)可能處于睡眠、就緒、運(yùn)行、等待或中斷服務(wù)狀態(tài)之一。

(1) uC/OS-II調(diào)度算法

uC/OS-II采用基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法，總是選擇當(dāng)前處于就緒狀態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。uC/OS-II是可搶占性的強(qiáng)實(shí)時(shí)性O(shè)S，在完成中斷后允許進(jìn)行新的任務(wù)調(diào)度。

uC/OS-II有兩種調(diào)度方式：任務(wù)級(jí)任務(wù)調(diào)度、中斷級(jí)任務(wù)調(diào)度。

(2) 應(yīng)用程序中函數(shù)的調(diào)用關(guān)系

#include “includes.h”

#define TASK_STK_SIZE 512 // 定義堆棧長(zhǎng)度(1024字節(jié))

OS_STK TaskStk[TASK_STK_SIZE]; // 定義一個(gè)數(shù)組來作為任務(wù)堆棧

void main()

{

……

OSInit(); // 初始化uC/OS-IIi

……

OSTaskCreate(MyTask1,……); // 創(chuàng)建用戶任務(wù)1

OSTaskCreate(MyTask2,……); // 創(chuàng)建用戶任務(wù)2

……

OSStart(); // 啟動(dòng)任務(wù)

……

}

void MyTask(void *pdata)

{

for (;;)

{

可以被中斷的任務(wù)代碼;

OS_ENTER_CRITICAL(); //進(jìn)入臨階段(關(guān)中斷)

不可以被中斷的任務(wù)代碼;

OS_EXIT_CRITICAL(); //退出臨階段 (開中斷)

可以被中斷的任務(wù)代碼;

}

}

空任務(wù)塊鏈表(所有任務(wù)控制塊還沒有分配給任務(wù))，是在應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)OSInit()對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化時(shí)建立的。

任務(wù)建立時(shí)，首先會(huì)調(diào)用OSTaskStkInit()，也會(huì)調(diào)用函數(shù)OS_TCBInit()初始化任務(wù)控制塊OS_TCB,函數(shù)OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調(diào)用任務(wù)控制塊初始化函數(shù)OS_TCBInit()。

OS_TCBInit()然后調(diào)用OSTCBCreatHook()。OSTCBCreatHook()是用戶自定義的函數(shù)。

當(dāng)用戶程序調(diào)用函數(shù)OSTaskCreate()創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)時(shí)，這個(gè)函數(shù)會(huì)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)OSTCBInit()來為任務(wù)控制塊進(jìn)行初始化。這個(gè)函數(shù)首先為被創(chuàng)建任務(wù)從空任務(wù)控制塊鏈表獲取一個(gè)任務(wù)控制塊，然后利用任務(wù)的屬性對(duì)任務(wù)控制塊各個(gè)成員進(jìn)行賦值，最后再把這個(gè)任務(wù)控制塊鏈入到任務(wù)控制塊鏈表的頭部。

uC/OS-II有兩種調(diào)度器：

任務(wù)級(jí)調(diào)度器(由OSSched()實(shí)現(xiàn))、中斷級(jí)調(diào)度器(由OSIntExt()實(shí)現(xiàn))

(3) 任務(wù)級(jí)任務(wù)調(diào)度

指在非中斷返回時(shí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，一般發(fā)生在當(dāng)前任務(wù)因時(shí)間延遲或等待某事件而阻塞或被掛起，或有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)處于就緒狀態(tài)。

任務(wù)的基本信息：

· CPU的PC寄存器：任務(wù)當(dāng)前執(zhí)行的位置;

· CPU的通用寄存器：任務(wù)當(dāng)前執(zhí)行涉及的臨時(shí)數(shù)據(jù);

· CPU的狀態(tài)寄存器：存儲(chǔ)當(dāng)前CPU的狀態(tài)。

任務(wù)級(jí)任務(wù)切換：從一個(gè)任務(wù)直接切換至另一個(gè)任務(wù)，不涉及CPU狀態(tài)的切換，OS_TASK_SW()既保存當(dāng)前任務(wù)上下文，又恢復(fù)新任務(wù)上下文。

過程：OS_Sched() -> OS_SchedNew() -> OS_TASK_SW()