【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)核的功能，而這是 90 年代的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核， 如 VxWorks 和 VRTXsa 才有的技術(shù)口 1。 2． 3 uC／ OSIl 的任務(wù) IlC／ OSII 內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。內(nèi)核負(fù)責(zé)為每個任務(wù)分配 CPU 時問，并且負(fù)責(zé)各任務(wù)之間的通訊。 一個任務(wù)，就是一個簡單的程序，該程序可以獨享 CPU 控制權(quán)。在實時 應(yīng)用的過程中，設(shè)計者把問題分割成多個任務(wù)，并動態(tài)的為每個任務(wù)賦予一定 的優(yōu)先級，使每個任務(wù)至少能解決一個問題陽 1。 從實現(xiàn)角度來看， uC／ OSII 是一組 C 函數(shù)庫，應(yīng)用程序代碼與內(nèi)核函數(shù)庫 連接在一起，生成一個目標(biāo)代碼。任務(wù)通常是一個無限的循環(huán)。它擁有自己的代 碼和堆?？臻g 保存該任務(wù)的寄存器、返回地址和 I 臨時參數(shù) ，一般都是空函數(shù)， 不會返回任何值。任務(wù)執(zhí)行一次后，設(shè)置延時參數(shù) OSTimeDLY。表明在經(jīng)過 OSTimeDLY 個時鐘周期后再次運行，然后任務(wù)進(jìn)行切換，使其他任務(wù)運行。例如： void Task void 參數(shù)定義； for ；； 任務(wù)執(zhí)行代碼； 第二章嵌入式實時操作系統(tǒng)Ⅱ C／ OS― II OSTimeDLY ；／／延時函數(shù)：清除任務(wù)就緒標(biāo)志，設(shè)置延時的時鐘周期。 OSSched ：／／調(diào)用 OSSched 進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。 2． 4 uC／ OSII 任務(wù)的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換 通常情況下，每個任務(wù)都處在以下這五種狀態(tài)之一曲 1。 ●休眠態(tài) 休眠態(tài)表示該任務(wù)駐留在內(nèi)存中，但并不被多任務(wù)內(nèi)核所調(diào)度。 ●就緒態(tài) 就緒表示該任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以運行了，但由于該任務(wù)的優(yōu)先級比 正在運行的任務(wù)的優(yōu)先級低，所以暫時還不能運行。 ??運行態(tài) ． 運行態(tài)的任務(wù)是指該任務(wù)掌握了 CPU 的控制權(quán)，正在運行中。． ?? 掛起態(tài) ． ． 掛起狀態(tài)也可以叫做等待事件態(tài) WAITING，指該任務(wù)在等待某一事件 的發(fā)生 ??被中斷狀態(tài) 發(fā)生中斷時， CPU 提供相應(yīng)的中斷服務(wù)， 原來正在運行的任務(wù)就進(jìn)入 了被中斷狀態(tài)。 圖 2― 1 表示 pc／ os― II 中一些函數(shù)提供的服務(wù)，這些函數(shù)使任務(wù)從一種狀 態(tài)變到另一種狀態(tài)。 圖 2― 1 任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 第二章嵌入式實時操作系統(tǒng) uC／ OSII uc／ os 提供了以下原型函數(shù)，對任務(wù)進(jìn)行管理。 建立任務(wù)： OSTaskCreate 刪除任務(wù)： OSTaskDel 請求刪除任務(wù)： OSTaskDelReq 掛 起任務(wù)： OSTaskSuspend 恢復(fù)任務(wù)： OSTaskResume 堆棧檢驗： OSTaskStkChk 獲得有關(guān)任務(wù)的信息： OSTaskOuery 2． 5 u Ier C／ OSII 的任務(wù)調(diào)度 Schedu 任務(wù)調(diào)度主要是協(xié)調(diào)任務(wù)對計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)資源 如內(nèi)存、 I／ 0 設(shè)備、 CPU 的 爭奪使用。任務(wù)調(diào)度又稱為 CPU 調(diào)度，其基本原理是按照某種原則為處于就緒 狀態(tài)的進(jìn)程分配 CPU。由于嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存和 I／ O 設(shè)備一般都和 CPU 同時歸 屬于某任務(wù)，任務(wù)調(diào)度可分為”剝奪型調(diào)度”和”非剝奪型調(diào)度”兩種基本方式。 所謂”非剝奪型調(diào)度”是指：一旦某個進(jìn)程被調(diào)度執(zhí)行，則該進(jìn)程一直執(zhí)行 下去直至該進(jìn)程結(jié)束，或由于某種原因自行放棄 CPU 進(jìn)入等待狀態(tài)，才將CPU 重新分配給其他任務(wù)。 。 所謂”剝奪型調(diào)度”是指：一 旦就緒狀態(tài)中出現(xiàn)優(yōu)先權(quán)更高的進(jìn)程，或者運 行的任務(wù)已用滿了規(guī)定的時間片時，便立即剝奪當(dāng)前任務(wù)的運行 將其放回就緒 狀態(tài) ，把 CPU 分配給其他任務(wù)口訓(xùn)。 作為實時操作系統(tǒng)， Ilc／ os― II 是采用的可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核?？蓜? 奪型的實時內(nèi)核在任何時候都運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務(wù)。如果是中斷服 務(wù)子程序使一個高優(yōu)先級的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，到中斷服務(wù)完成時，內(nèi)核讓此時 優(yōu)先級最高的任務(wù)運行 不一定是那個被中斷了的任務(wù) ，如圖 22。任務(wù)級系 統(tǒng)響應(yīng)時間得到了最優(yōu)化，且是可知的。 Low T 鎬 lc Priodty ／ 鬣溺 i makes the hig TaskT 量 TI 二 prIo 啊蜮刪 y“蘸溺 ―ISR 圖 22 可剝奪內(nèi)核 第二章嵌入式實時操作系統(tǒng) uC／ OS― II IJC／ OSII 調(diào)度工作的內(nèi)容可以分為兩部分：最高優(yōu)先級任務(wù)的尋找和任務(wù) 切換? 1。其最高優(yōu)先級任務(wù)的尋找是通過建立就緒任務(wù)表來實現(xiàn)的。內(nèi)核將系 統(tǒng)中處于就緒態(tài)的任務(wù)在就緒表 ReadyList 進(jìn)行標(biāo)注，通過就緒表中的兩個 個任務(wù) 有唯一的優(yōu)先級，因此任務(wù)的優(yōu)先級也是任務(wù)的唯一編號 ID ，可以作 為任務(wù)的唯一標(biāo)識。 |lc／ os― II 中的每一個任務(wù)都有獨立的堆棧空問，并有一 control 個稱為任務(wù)控制塊 TCB task block 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄任務(wù)執(zhí)行的環(huán) 境，包括任務(wù)的優(yōu)先級、任務(wù)的堆棧指針、任務(wù)的相關(guān)事件控制塊指針等，其 中第一個成員變量就是保存的任務(wù)堆棧指針。內(nèi)核可用控制塊優(yōu)先級表 用任務(wù)控制快 OS― TCB、就緒表 Ready List 中找 來進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的。任務(wù)調(diào)度程序 OSSched 首先由就緒表 Ready 到當(dāng)前系統(tǒng)中處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)，然后根據(jù)其優(yōu)先級由控制塊優(yōu) TASK 先級表 OSTCBPrioTbl 口取得相應(yīng)任務(wù)控制塊的地址，由 OSSW 程序進(jìn) 行運行環(huán)境的切換。將當(dāng)前運行環(huán)境切 換成該任務(wù)的運行環(huán)境，則該任務(wù)由就 緒態(tài)轉(zhuǎn)為運行態(tài)。當(dāng)這個任務(wù)運行完畢或因其它原因掛起時，仟務(wù)調(diào)度程序 OSSched 再次到就緒表 ReadyList 中尋找當(dāng)前系統(tǒng)中處于就緒態(tài)中優(yōu)先級 最高的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行該任務(wù)，如此完成任務(wù)調(diào)度。若在任務(wù)運行時發(fā)生中斷， 則轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完畢后不是簡單的返回中斷調(diào)用處，而是由 OSIntExit 程序進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，執(zhí)行當(dāng)前系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)。 當(dāng)系統(tǒng)中所有任務(wù)都執(zhí)行完畢時，任務(wù)調(diào)度程序 OSSched 就不斷執(zhí)行優(yōu)先級 、 最低的空閑任務(wù) OSTaskIdle ，等待用戶程序的運行。 Task 任務(wù)調(diào)度器 the Scheduler 實現(xiàn)函數(shù)： void OSSched void INT8U Y： 0S― ENTER_CRITICAL ： I if OSLockNestingOSIntNesting ： 0 脅調(diào)度鎖，或者處于中斷狀態(tài)禁止調(diào)度木／ y： OSUnMapTbl[OSRdyGrp]； ／； l：獲取準(zhǔn)備就緒組里最高優(yōu)先級的任務(wù)木／ if OSPrioHighRdy! OSPrioCur 第二章嵌入式實時操作系統(tǒng) uC／ OSII ／木設(shè)置運行任務(wù)為最高優(yōu)先級任務(wù)木／ OSCtxSwCtr++： ／木執(zhí)行運行環(huán)境切換木／ OS― TASK_SW ： OS― EXIT― CRITICAL ： 為縮短切換時問， OSSched 全部代碼都可以用匯編語言寫。 IJC／ OSII任 務(wù)調(diào)度所花的時間是常數(shù)，與應(yīng)用程序中建立的任務(wù)數(shù)量無關(guān)。 2． 6 uC／ OSII 的時鐘中斷 2． 6． 1 系統(tǒng)中斷 中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知 CPU 有個異步事件發(fā)生了。中斷一旦被系 統(tǒng)識別， CPU 則保護(hù)現(xiàn)場 CONTEXT ，即部分 或全部 寄存器的值，跳轉(zhuǎn)到專門 的子程序，稱為中斷服務(wù)子程序 ISR 。中斷服務(wù)子程序?qū)κ录M(jìn)行處理，處理 完成后執(zhí)行任務(wù)調(diào)度，開始運行優(yōu)先級最高的任務(wù)Ⅱ刳。 中斷使得 CPU 可以在事件發(fā)生時再予以處理，而不必讓微處理器連續(xù)不斷 地查詢 POLLING 是否有事件發(fā)生。通過兩條特殊宏指令：關(guān)中斷 DisableInterrupt 和開中斷 EnableInterrupt ，可以讓微處理器不響應(yīng) 或響應(yīng)中斷。在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中，關(guān)中斷的時間和中斷服務(wù)的處理時間都設(shè) 計的盡可能的短，以避免引起中斷丟失。 2． 6． 2 系統(tǒng)時鐘節(jié)拍 時鐘節(jié)拍中斷是一個非常重要的、特定的周期性中斷 時鐘中斷 ，因為整 個操作系統(tǒng)的活動都受到它的激勵。這個中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動。操 作系統(tǒng)通過時鐘中斷來確定時 間間隔，實現(xiàn)時問的延時及確定任務(wù)超時。中斷 之間的時問問隔取決于不同的應(yīng)用，一般在 10,200Ills 之間。時鐘的節(jié)拍式中 斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時若干個整數(shù)時鐘節(jié)拍，以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時 提供等待超時的依據(jù)168。 3I。時鐘節(jié)拍頻率越快，門禁系統(tǒng)的額外開銷就越大。因 此系統(tǒng)定義了 32 位無符號整數(shù) OSTime 來記錄系統(tǒng)啟動后時鐘滴答的數(shù)目。在 多任務(wù)系統(tǒng)啟動以后再開啟時鐘節(jié)拍器，也就是在調(diào)用 OSStart 之后。 u 實現(xiàn)的。時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)子程序的偽代碼如下： I 第二章嵌入式實時操作系統(tǒng) uC／ OS― I void OSTickISR v