【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式操作系統(tǒng) 　　 (2) 雙向同步。兩個(gè)任務(wù)可以用兩個(gè)信號(hào)量同步它們的行為，如圖 56所示。這種同步稱為雙向同步 (bilateral rendezvous)。 雙向同步與單向同步類似，但是雙向同步不可能在任務(wù)與ISR之間實(shí)施，因?yàn)?ISR運(yùn)行時(shí)不可能等待一個(gè)信號(hào)量。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 圖 56 兩個(gè)任務(wù)用兩個(gè)信號(hào)量雙向同步 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能　　為了滿足嵌入式應(yīng)用，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁剪和重新配置。一般的，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)總是由以下幾個(gè)重要部分組成：實(shí)時(shí)內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)組件、文件系統(tǒng)和圖形用戶接口等，其體系結(jié)構(gòu)如圖 57所示。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 圖 57 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) C/OSⅡ 概述　 　 　 C/OSⅡ 讀作 “ micro C O S 2” ， 即 “ 微控制器操作系統(tǒng)版本 2” 。　 C/OSⅡ 是一個(gè)免費(fèi)的、源代碼公開(kāi)的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，是專門(mén)為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的 RTOS， 提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需的基本功能?！?C/OSⅡ 的全部功能的核心部分代碼只占用 KB， 用戶還可以針對(duì)自己的實(shí)際系統(tǒng)對(duì)　 C/OSⅡ進(jìn)行裁剪 (最少可達(dá) KB)?！?C/OSⅡ 只提供了諸如任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理、中斷管理和任務(wù)間的同步與通信等實(shí)時(shí)內(nèi)核的基本功能，沒(méi)有提供輸入 /輸出管理、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口及網(wǎng)絡(luò)組件之類的額外服務(wù)。但 是，由于 C/OSⅡ 的可移植性和開(kāi)源性，用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用添加所需要的服務(wù)。 C/OSⅡ 簡(jiǎn)介 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　　　 C/OSⅡ 是在 PC機(jī)上開(kāi)發(fā)的， C編譯器使用的是 Borland C/C++ 。而 PC機(jī)是大家最熟悉的開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此在 PC機(jī)上學(xué)習(xí)和使用 　 C/OSⅡ 非常方便。此外，　 C/OSⅡ 作為一個(gè)源代碼公開(kāi)的嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核，對(duì)開(kāi)發(fā)者學(xué)習(xí)和使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了極大的幫助。許多開(kāi)發(fā)者已成功地把 　 C/OSⅡ 應(yīng)用于自己的嵌入式系統(tǒng)中，從而使得 　 C/OSⅡ 獲得了快速的發(fā)展。從最早的 　 COS， 以及后來(lái)的 　 C/OS和 　 C/OSⅡ ， 到現(xiàn)在的 　 C/OSⅡ ， 該內(nèi)核已經(jīng)有十余年的發(fā)展歷史，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。許多行業(yè)中 　 C/OSⅡ成功應(yīng)用的實(shí)例，也進(jìn)一步說(shuō)明了該內(nèi)核的實(shí)用性和可靠性。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) C/OSⅡ 的特點(diǎn)　　　 1．源代碼公開(kāi)　　　 2．可移植性 (portable) 3．可固化 (ROMable) 4．可裁剪 (scalable) 5．占先式 (preemptive) 6．多任務(wù) 7．可確定性 8．任務(wù)棧 9．系統(tǒng)服務(wù) 10．中斷管理 11．穩(wěn)定性與可靠性 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　 C/OSⅡ 的軟件體系結(jié)構(gòu)　 　 　 C/OSⅡ 的軟件體系結(jié)構(gòu)以及與硬件的關(guān)系如圖 58所示，其軟件體系主要包括以下 4個(gè)部分：　 　 (1) 應(yīng)用軟件層：在應(yīng)用程序中使用　 C/OSⅡ 時(shí)，用戶開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的應(yīng)用代碼。　　 (2) 與應(yīng)用相關(guān)的配置代碼：與應(yīng)用軟件相關(guān)的、　 C/OSⅡ 的配置代碼。包括兩個(gè)頭文件，這兩個(gè)頭文件分別定義了與應(yīng)用相關(guān)的控制參數(shù)和所有相關(guān)的頭文件。 　第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　 　 (3) 與處理器無(wú)關(guān)的核心代碼：包括與處理器無(wú)關(guān)的 10個(gè)源代碼文件和 1個(gè)頭文件。其中， 10個(gè)源代碼文件分別實(shí)現(xiàn)了 μ C/OSⅡ 內(nèi)核結(jié)構(gòu)，即內(nèi)核管理、事件管理、消息郵箱管理、內(nèi)存管理、互斥型信號(hào)量管理、消息隊(duì)列管理、信號(hào)量管理、任務(wù)管理、定時(shí)管理和內(nèi)核管理?！　?(4) 與處理器相關(guān)的設(shè)置代碼：與處理器相關(guān)的源代碼，包括 1個(gè)頭文件、 1個(gè)匯編文件和一個(gè) C文件。在不同處理器上移植 μ C/OSⅡ 時(shí)，需要根據(jù)處理器的類型對(duì)這部分代碼重新編寫(xiě)?？梢栽?μ C/OSⅡ 的網(wǎng)站 C/OSⅡ .中查找移植范例，也可以閱讀處理器的移植代碼進(jìn)行編譯。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 圖 58 μ C/OSⅡ 軟件體系結(jié)構(gòu) 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) μ C/OSⅡ 內(nèi)核結(jié)構(gòu) 臨界段　　代碼的臨界段 μ critical sections)是指處理時(shí)不可分割的代碼。一旦這部分代碼開(kāi)始執(zhí)行，就不允許任何中斷進(jìn)入。與其他內(nèi)核一樣， μ C/OSⅡ 為了處理臨界段代碼，也需要關(guān)中斷，處理完畢后，再開(kāi)中斷。關(guān)中斷能夠使 μ C/OSⅡ 避免有其他任務(wù)或中斷服務(wù)同時(shí)進(jìn)入臨界段代碼。但是，關(guān)中斷的時(shí)間會(huì)影響用戶系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)事件的響應(yīng)特性，它是實(shí)時(shí)內(nèi)核開(kāi)發(fā)商提供的最重要的指標(biāo)之一。 μ C/OSⅡ 努力使關(guān)中斷時(shí)間降至最短，但在具體使用 μ C/OSⅡ 時(shí)，關(guān)中斷的時(shí)間很大程度上取決于微處理器的結(jié)構(gòu)以及編譯器所生成的代碼質(zhì)量。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　　微處理器一般都具有關(guān)中斷 /開(kāi)中斷指令，用戶使用的 C語(yǔ)言編譯器必須具有能夠在 C中直接實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷 /開(kāi)中斷操作的機(jī)制。有些 C編譯器允許在用戶的 C源代碼中插入?yún)R編語(yǔ)言的語(yǔ)句，即通過(guò)插入微處理器指令來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷 /開(kāi)中斷的操作；而有些編譯器把從 C語(yǔ)言中關(guān)中斷 /開(kāi)中斷的操作放在語(yǔ)言擴(kuò)展部分，從 C語(yǔ)言中直接關(guān)中斷 /開(kāi)中斷。 μ C/OSⅡ 通過(guò)定義兩個(gè)宏 (macros)—— OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()， 來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷和開(kāi)中斷的操作，從而避免了不同 C編譯器廠商選擇不同的方法處理關(guān)中斷和開(kāi)中斷。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　 　 OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()總是成對(duì)使用的，它們把臨界段代碼封裝起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用程序中的臨界段代碼的保護(hù)，具體用法如以下代碼所示。{...OS_ENTER_CRITICAL()/* μ C/OSII臨界段代碼 */OS_EXIT_CRITICAL() ；...} 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　　在使用 OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()時(shí)要特別小心，如果在調(diào)用一些如 OSTimeDel()之類的功能函數(shù)之前關(guān)中斷會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序崩潰 (死機(jī) )。這是因?yàn)槿蝿?wù)被掛起一段時(shí)間直到掛起時(shí)間到，但由于中斷被關(guān)掉了，就無(wú)法得到時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù) (即一直處于掛起狀態(tài) )。顯然，所有的掛起類 (PEND)調(diào)用都有這類問(wèn)題。作為一條普遍使用的規(guī)則是：調(diào)用 μ C/OSII的功能函數(shù)時(shí)，中斷應(yīng)當(dāng)總是開(kāi)著的。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 任務(wù)　　在 μ C/OSII中，任務(wù)通常是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)。任務(wù)就像其他 C函數(shù)一樣，有返回值類型和參數(shù)，但它絕不返回任何數(shù)據(jù)，因此返回參數(shù)類型必須定義成 void。 當(dāng)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，會(huì)給用戶代碼傳遞一個(gè)形式參數(shù)。這個(gè)參數(shù)是一個(gè)指向 void的指針，以允許用戶應(yīng)用程序向該任務(wù)傳遞任何類型的參數(shù)。任務(wù)的函數(shù)結(jié)構(gòu)必須是以下兩種形式之一： 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) (1) 執(zhí)行無(wú)限循環(huán)的任務(wù)。void YourTask(void *pdata){任務(wù)初始化代碼；for( ； ； ) {用戶代碼；　　 /* 調(diào)用 μC/OSII 的功能函數(shù)，如下列函數(shù)之一 */OSMboxPend() ；OSQPend() ；OSSemPend() ；　 OSFlagPend() ；　 OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF) ； 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) OSTimeDly() ；OSTimeDlyHMSM() ；...用戶代碼；}} 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) (2) 執(zhí)行一次后自我刪除的任務(wù)。void YourTask(void *pdata){用戶代碼；OSTaskDel(OS_PRIO_SELF) ；} 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 對(duì)于后一種執(zhí)行自我刪除的任務(wù)來(lái)說(shuō)，任務(wù)代碼并非真的刪除了，而是 μ C/OSⅡ 簡(jiǎn)單地不再理會(huì)這個(gè)任務(wù)了。這個(gè)任務(wù)的代碼也不會(huì)再運(yùn)行，而且也絕不會(huì)返回。　 　 μ C/OSⅡ 可以管理多達(dá) 64個(gè)任務(wù)，但建議保留 4個(gè)最高優(yōu)先級(jí)和 4個(gè)最低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，供以后 μ C/OSⅡ 的版本使用。目前 μ C/OSⅡ 使用了 2個(gè)優(yōu)先級(jí)別： OS_LOWEST_PRIO　　 (空閑任務(wù) )和 OS_LOWEST_PRIO1(統(tǒng)計(jì)任務(wù) )。必須給每個(gè)任務(wù)賦予不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)號(hào)可以為 0～OS_LOWEST_PRIO2。 優(yōu)先級(jí)號(hào)越低，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)越高。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 任務(wù)控制塊 OS_TCB　　 μ C/OSⅡ 對(duì)任務(wù)的管理是通過(guò)任務(wù)控制塊 TCB(Task Control Blocks)進(jìn)行的。任務(wù)控制塊是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (OS_TCB)， 全部存放在 RAM中。在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，該任務(wù)的 TCB被賦值；當(dāng)任務(wù)的 CPU使用權(quán)被剝奪時(shí)， μ C/OSⅡ 用 OS_TCB來(lái)保存該任務(wù)的狀態(tài) (即當(dāng)前 CPU寄存器的值 )；當(dāng)任務(wù)再次被調(diào)度，重新得到 CPU使用權(quán)時(shí)，能夠從任務(wù)控制塊中恢復(fù)該任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，確保任務(wù)從當(dāng)時(shí)被中斷的那一點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。OS_TCB的結(jié)構(gòu)如下所示： 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) typedef struct os_tcb { OS_STK *OSTCBStkPtr。 /* 指向當(dāng)前任務(wù)堆棧棧頂?shù)闹羔? */if OS_TASK_CREAT_EXT_EN /* OS_TASK_CREAT_EXT_EN為 1時(shí)下列數(shù)據(jù)有效 */void *OSTCBExtPtr。 /* 指向用戶定義的任務(wù)控制塊擴(kuò)展 */OS_STK *OSTCBStkBottom。/* 指向任務(wù)堆棧棧底的指針 */INT32U OSTCBStkSize。/* 堆棧中可容納的指針元數(shù)目 */INT16U OSTCBOpt。 /* 指向任務(wù)堆棧棧底的指針 */ 　 INT16U OSTCBId。 /* 存儲(chǔ)任務(wù)的識(shí)別碼 */endif struct os_tcb *OSTCBNext。 /* 指向任務(wù) OS_TCB雙向鏈表中后一個(gè)元素 */ struct os_tcb *OSTCBPrev。 /* 指向任務(wù) OS_TCB雙向鏈表中前一個(gè)元素 */ 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) if ((OS_Q__EN0)amp。amp。(OS_MBOX_QS0))||(OS_MBOX_EN0)||(OS_SEM_EN0)||(OS_MUTEX_EN0) OS_EVENT *OSTCBEventPtr。 /* 指向事件控制塊的指針 */endifif (OS_Q__EN0)amp。amp。(OS_MBOX_QS0)||(OS_MBOX_EN0) void *OSTCBMsg。 /* 指向傳遞給任務(wù)的消息的指針 */endifif OS_TASK_DEL_EN0 OS_FLAG_NODE *OSTCBFlagNode。/* 指向事件標(biāo)志節(jié)點(diǎn)的指針 */endif 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) INT16U OSTCBDly。 /* 用于設(shè)置任務(wù)延時(shí)或等待的最多時(shí)鐘節(jié)拍數(shù) */INT8U OSTCBStat。 /* 任務(wù)的狀態(tài)字 */INT8U OSTCBPrio。 /* 任務(wù)的優(yōu)先級(jí) */INT8U OSTCBX, OSTCBY, OSTCBBitX, OSTCBBitY。/*加速任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)的過(guò)程 */} OS_TCB 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 任務(wù)調(diào)度 　 μ C/OSⅡ 是占先式實(shí)時(shí)內(nèi)核，優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)一旦進(jìn)入就緒態(tài)，立即擁有 CPU的控制權(quán)并開(kāi)始運(yùn)行。 μ C/OSⅡ 的調(diào)度器 (scheduler)就是用來(lái)查找準(zhǔn)備就緒的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)并進(jìn)行任務(wù)切換。任務(wù)級(jí)的調(diào)度是由 OSSched()函數(shù)完成的，中斷級(jí)的調(diào)度是由 OSIntExt()函數(shù)完成的?！　≡谶M(jìn)行 μ C/OSⅡ 任務(wù)調(diào)度 (task scheduling)時(shí)，首先調(diào)用OSSched()函數(shù)，它先判斷要進(jìn)行任務(wù)切換的條件，如果條件允許進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，則調(diào)用 OS_TASK_SW()。 OS_TASK_SW()是宏調(diào)用，用來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換，它先將當(dāng)前任務(wù)的 CPU寄存器的值保存到該任務(wù)的堆棧中，然后獲得最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的堆棧指針，并從中恢復(fù)該任務(wù)的 CPU寄存器的值，使之繼續(xù)執(zhí)行，這時(shí)就完成了一次任務(wù)切換。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 任務(wù)管理　　 μ C/OSⅡ 提供大量的 API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的管理，圖 59所示是 μ C/OSⅡ 控制下的任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 圖 59 任務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 第 5章　 嵌入式操作系統(tǒng) 　　 1．建立任務(wù) (OSTaskCreat()和 OSTaskCreatExt())