Qsys與uC/OS-II學習筆記4：任務狀態(tài)與工作機制

　　前面一個筆記我們已經可以輕松的使用EDS提供的HAL構建一個uC/OS-II的模板工程，在這個工程里，所有和移植有關的問題都不用我們操心，我們只要放心的去設計我們的應用程序便可。而一個最簡單的uC/OS-II工程也已經呈現(xiàn)在我們面前，三個最基本的步驟就可以完成一個我們曾經以為多么神奇的操作系統(tǒng)。但是，雖然我們能夠構建兩個最基本的任務，但說實在話，我們還沒搞懂它到底如何工作的，依葫蘆畫瓢沒有錯，若能夠搞清楚它的工作機理就更好了。

　　先來回顧一下兩個task，如下代碼：

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task1(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task1n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task2(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task2n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　兩個task的代碼幾乎如出一轍，他們都有自己的主循環(huán)while(1)，而在while(1)里面都是先打印一串字符，然后調用uC/OS-II的任務延時函數(shù)。在打印結果上看，task1和task2的打印信息是不斷的交錯打印，沒有哪個task會連續(xù)得到打印的機會，其奧秘就在于他們的任務延時是一致的。關于任務延時這里先不做文章，下篇筆記再詳細探討，這里我們只做一個和任務延時有關的小小測試，將task2的任務延時函數(shù)注釋，如下修改task2的函數(shù)：

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task2(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task2n");

　　//OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　重新編譯軟件工程，然后在硬件上在線運行，此時我們看到在Console中打印的字符串信息如圖1所示。是不是很出乎我們的意料，沒錯，這個測試中我們就是要拿優(yōu)先級低的task2來說事，在沒有任務延時函數(shù)的task2中，雖然它的優(yōu)先級沒有task1高，但它卻一直占有著CPU的控制權，這到底怎么回事?確實是任務延時函數(shù)在作怪，本筆記先不深入，只要大家先記?。喝蝿昭訒r的主要作用便是先把當前任務的CPU控制權釋放，交給其他的優(yōu)先級最高的就緒任務控制。該測試中，其實task1只是在剛啟動系統(tǒng)的時候執(zhí)行了一次，然后它調用任務延時函數(shù)將CPU控制權交出，這一交不要緊，task2就賴著不還了，因為task2在運行過程中自始至終沒有調用任務延時，所以它將一直占用著CPU，當然了，這種狀況可不是我們希望看到的。

　　圖1

　　當前兩個task，每個task通常也都要有自己的while(1)，如同大多數(shù)裸奔的MCU一樣，這又是為什么?裸奔著的MCU通常都只有一個main函數(shù)中的while(1)控制著CPU的使用權，CPU的寄存器也供它獨享。而uC/OS-II卻要改變這一狀況，如圖2所示，每個任務都有自己的堆棧和任務控制塊，而CPU的控制權通常是輪流著使用的，話說“風水輪流轉”嘛，也有這么點味道。當某個任務占用CPU使用權時，CPU的寄存器自然也是它獨自享用，它可以將當前堆棧里面的數(shù)據對應搬移到CPU寄存器中執(zhí)行，而其他的任務無論在此之前處于何種狀態(tài)，都要把他們的數(shù)據存儲中他們自家的堆棧中;一旦當前任務完成工作或者因為某種系統(tǒng)允許的任務切換情況出現(xiàn)，那么它就得乖乖的交出CPU使用權，把CPU寄存器中的當前數(shù)據搬回到自己的堆棧中。到底何時切換任務，何時搶占任務，這都由每個任務自己的任務控制塊把持著，他們不會越權搶占別人的CPU控制權，當然也不會允許他人隨意的搶走屬于自己的CPU控制權。uC/OS-II內部的任務切換說白了就是CPU控制權的切換以及相應的入棧出棧操作，但是這其中涉及到的諸如任務優(yōu)先權的輪換或者說任務仲裁等問題的處理機制就是非常體現(xiàn)功力的地方，后續(xù)有機會也要好好探討下這方面的議題。

　　圖2

　　前面我們談到任務的切換，在同一時刻不同的任務都處于不同的狀態(tài)，運行著的任務肯定只有一個，那么其他任務的狀態(tài)都如何?如圖3所示，uC/OS-II把任務的狀態(tài)劃分為5種：即睡眠態(tài)任務、就緒態(tài)任務、運行態(tài)任務、被中斷態(tài)任務和等待狀態(tài)任務。這里我們先簡單的將這5種狀態(tài)羅列，并沒有將他們之間的轉換關系示意處理，但各個不同狀態(tài)之間的變化也都是通過一定的事件觸發(fā)或者函數(shù)調用引起的。

　　圖3

　　作者原著的《嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS-II》一書中對這5種狀態(tài)有如下描述：就緒態(tài)意味著任務已經準備好，可以運行，但由于該任務的優(yōu)先級比正在運行的任務優(yōu)先級低，還暫時不能運行;運行態(tài)是指任務掌握了CPU的使用權，正在運行;掛起態(tài)也稱作等待狀態(tài)任務，指任務在等待某一事件的發(fā)生(例如等待某外設I/O操作，等待某共享資源由暫不能使用變成能使用狀態(tài)，等待定時脈沖的到來，或等待超時信號的到來以結束目前的等待，等等);發(fā)生中斷時，CPU提供相應的中斷服務，原來正在運行的任務暫不能運行，就進入了被中斷任務。

　　就拿我們前面列舉的實例來講，當task1運行時，它處于運行態(tài)，task2就處于就緒態(tài)。而其他幾種狀態(tài)我們暫時還沒有接觸，后面遇到了再逐一談論。