uC/OS II 学习笔记

假设B先运行，并通过OSMutexPend申请到了Mutex,那么它就会使用该共享资源继续运行，在某个时刻，任务A抢占了任务B，同时也通过OSMutexPend申请Mutex，由于资源已经被B占用，那么OSMutexPend会将B任务的优先级调高到4(假设)，这时任务B得意继续运行，资源使用完毕后释放mutex。OSMutexPost注意到原来占有这个mutex的任务的优先级被调高了，于是将B的优先级调低，同时注意到A在申请，于是将mutex给A，做任务切换后A得以执行。

由于互斥型信号量的特性，互斥型信号量只能由于任务中（包括发送功能）；

OS_EVENT *ResourceMutex;

ResourceMutex= OSMutexCreate(INT8U prio,&err);//在上述情况中任务可以被调高到prio指定的优先级

在OS_EVENT中，pevent->OSEventCnt = (INT16U)((INT16U)prio << 8) | OS_MUTEX_AVAILABLE（0xff）;

高八位：PIP;低八位：占用该互斥信号量的任务的优先级（若为0xff表示无任务占用该信号量）；

OSMutexPend(ResourceMutex,..,..)：在访问共享资源时，先通过该函数获取互斥型信号量，如果互斥型信号量是有效的（没有被占用），则该Mutex的OSEventCnt的低八位为0xff,如果已被占用，则低八位为占用该信号量的任务的优先级；如果占用该信号量的任务的优先级比调用该申请函数的任务的信号量的优先级低，此时低优先级的任务占用共享资源，且已被高优先级的任务抢占了CPU，此时高优先级的任务再调用OSMutexPend申请互斥量，OSMutexPend内部会将占用mutex的低优先级的任务的优先级调高到信号量指定的PIP,这样来让低优先级的任务变为高优先级，尽快释放资源；

3：事件标志组event flag

typedef struct os_flag_grp {

INT8U OSFlagType; //事件类型

void *OSFlagWaitList; //等待该事件标志组的任务列表

OS_FLAGS OSFlagFlags; //事件标志组标志位

} OS_FLAG_GRP;

事件标志组用于实现多个任务（包括ISR）协同控制一个任务，当各个相关任务（ISR）先后发出自己的信号后（使事件标志组的对应标志位有效），预定的逻辑运算结果有效，这时将触发被控制的任务（使其进去就绪态）。

事件标志组可以选择标志位1有效或0有效，逻辑关系可以为“逻辑与”或“逻辑或”，这样有效定义与逻辑定义有4种组合，同时也可以设定只选择使用所有标志位中的其中几位；

OS_FLAG_GRP *OSFlagCreate(OS_FLAGS flags,INT8U *err);

flags为事件标志组中各个标志的初始值（1有效时，初始值为0）；

发送标志到事件标志组：

OS_FLAGS OSFlagPost (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U opt, INT8U *perr)

pgrp：事件标志组指针；flags：指明待发送标志在事件标志组中的位置（0x1表示bit0）；opt：选择操作的方式，OS_FLAG_SET（对标志位置1），OS_FLAG_CLR（对标志位置0）；perr：执行结果；

等待事件标志组：

OS_FLAGS OSFlagPend (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT16U timeout, INT8U *perr)

pgrp：事件标志组指针；flags：指明哪些标志位用来等待，0x03(bit0、1),0x1d(bit0、2、3、4)；opt：指明对这些等待的位采用的逻辑运算；perr：执行结果；

opt如下：

OS_FLAG_WAIT_CLR_ALL：所以标志位为0时，将等待任务就绪；

OS_FLAG_WAIT_CLR_ANY：任何一个标志位清0时，将等待任务就绪；

OS_FLAG_WAIT_SET_ALL：所以标志位为1时，将等待任务就绪；

OS_FLAG_WAIT_SET_ANY：任何一个标志位为1时，将等待任务就绪；

OS_FLAG_CONSUME:清除标志位（OS_FLAG_WAIT_SET_ANY + OS_FLAG_CONSUME）

4：消息邮箱box

邮箱是μC/OS-II中另一种通讯机制,它可以使一个任务或者中断服务子程序向另一个任务发送一个指针型的变量。该指针指向一个包含了特定“消息”的数据结构。

用信号量进行行为同步时，只能提供同步的时刻信息，不能提供内容信息；

当控制方在对被控制方进行控制的同时，还需要向被控制方提供内容信息时，消息邮箱是一个有效的方案；

由于消息邮箱中只能存储一条消息，在用消息邮箱进行同步控制时，必须满足一个前提：任何时候消息的生产速度都比消息的消费速度慢，即被控制的任务总是在等待消息；否则就会有消息丢失；

消息邮箱中可以放入任何类型的信息，通常用空邮箱（void * 0）表示事件没有发生；用非空邮箱（void * 1）表示事件已发生；因此邮箱也可以用来做二值信号量（注意与互斥信号量的区别）；

邮箱用OS_EVENT结构体中的OSEventPtr指向消息实体；

OS_EVENT *pbox;

pbox= OSMBoxCreate(void *msg);//void * 0表示空邮箱

INT8U OSMboxPost(pbox, void * msg);//向邮箱中发送一条消息

INT8U OSMboxPostOpt(pbox,void * msg, INT8U opt)//分发消息，将消息分发给所有正在等待该消息的任务，让他们都处于就绪态

void *OSMboxPend(pbox,timeout,INT8U *err)//等待消息当邮箱中的指针为空时，调用等待消息函数后就会被系统挂起。

5：消息队列

将要通信的信息放置在一个预定义的消息结构中,任务生成的消息指定了消息的类型,并把它放在一个由系统负责维护的消息队列中,而访问消息队列的任务可以根据消息类型，有选择地从队列中按FIFO的方式读取特定类型的消息。消息队列为用户提供了从多个生产者中获得多元信息的一种手段。

相当于一个邮箱队列，消息队列可以存放多个消息，能够有效解决消息的临时堆积问题。和计数信号量的情况类似，消息队列的使用仍然需要满足：消费速度比生产速度快，否则再大的队列也会满，从而溢出；

void *MyArrayOfMsg[SIZE];

OS_EVNT *pQ;

pQ=OSQCreate(MyArrayOfMsg,SIZE);

INT8U OSQPost(pQ,void *Msg)//发送一条消息

void *OSQPend(pQ,0,&err)//当消息队列为空时挂起

【各个通信机制都要无等待式获取相关的信号，均可用在中断中，中断中决不能用等待的方式】

相关函数使用说明：

创建任务：

INT8U OSTaskCreateExt (void (*task)(void *p_arg),//被创建的任务函数指针

void *p_arg, //传递给任务的参数的指针

OS_STK *ptos, //分配给任务的堆栈的栈顶指针

INT8U prio, //被创建任务的优先级

INT16U id, //为创建的任务创建一个特殊的标识符，暂没用

OS_STK *pbos, //指向任务的堆栈栈底的指针（用于堆栈检验）

INT32U stk_size, //堆栈的容量

void *pext, //指向用户附件的数据域的指针

INT16U opt) //指定是否卞堆栈检验，是否将堆栈清0，任务是否需要进行浮点操作

OSTaskCreate中还调用了OSTaskStkInit函数，调用该函数的目标是初始化任务的堆栈，使其看起来像发生过中断一样。OSTaskStkInit是需要移植的函数。

修改任务属性：

调用OSTaskChangePrio()函数可以动态地改变某一个任务的优先级,调用OSTaskNameGet()函数可以获取某一个任务的名称,调用OSTaskNameSet()函数可以设置一个任务的名称。

INT8U OSTaskChangePrio (INT8U oldprio, INT8U newprio);

INT8U OSTaskNameGet INT8U prio,INT8U *pname,INT8U *perr);

void OSTaskNameSet (INT8U prio, INT8U *pname, INT8U *perr)

任务的名称保存在任务对应的任务控制块中的成员：OSTCBTaskName[OS_TASK_NAME_SIZE]中;

直接挂起任务的函数：

有时将任务挂起是很有用的，挂起任务的函数可以通过INT8U OSTaskSuspend(INT8U prio)来实现，且被挂起的任务只能通过调用INT8U OSTaskResume (INT8U prio)来恢复。任务可以挂起自己或者其他的任务。

举例：在一些设计中，在main函数中只有简单的几行，在其中创建了一个启动任务：用于启动其他的任务与初始化系统，启动任务的优先级比它要创建的任务都要高，初始化成功与创建完相关任务之后，一般自己将自己挂起。

堆栈检验函数：

如果要使用堆栈检验函数，那么在任务的建立需要使用OSTaskCreateExt()来建立任务，且需要指定入口参数：opt(OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR);

OS_TASK_OPT_STK_CHK:指示任务需要使用堆栈校验功能

OS_TASK_OPT_STK_CLR：将任务的堆栈RAM清0（因为堆栈检验是从栈底开始计算为0（空闲）的空间大小）

在任务创建时指定栈顶、栈底，在任务运行一段时间后，一般需在堆栈使用最充分后才去检验较为准确；任务可以检查自己或者其他任务的堆栈使用情况，堆栈检验函数确定堆栈的实际空间字节数和已被占用的字节数，放在入口参数OS_STK_DATA数据结构中；

[可以阅读嵌入式ARM系统原理与实例开发（杨宗德）的第八章，里面对该系统包含的大部分函数简要说明以及移植时的相关函数说明]

任务切换过程分析

1：任务之间抢占式切换（高优先级的任务就绪后立即抢占正在运行的低优先级的任务）

系统在任何响应后，都需要进行任务调度，确保系统中优先级最高的任务被执行，那么系统采用的任务调度切换函数就是void OS_Sched(void)；

void OS_Sched(void)

OS_ENTER_CRITICAL(); //进入临界区关中断

if(OSIntNesting==0) { //目前系统不处于中断态

if(OSLockNesting==0) { //系统调度功能使能

OS_SchedNew(); //计算出目前系统中最高的优先级，保存在INT8U OSPrioHighRdy中

if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur) { //判断当前正运行的任务是不是最高优先级否则就不用切换

OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];//将最高优先级任务的控制块的指针放 //入任务控制块指针变量OSTCBHighRdy中

#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0

OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++; //目前优先级最高的任务切换次数统计

#endif

OSCtxSwCtr++; //系统任务切换的总次数统计

OS_TASK_SW(); //实现任务切换

}

OS_EXIT_CRITICAL(); //恢复全局中断标志退出临界区

在任务调度前，OS_SchedNew()计算出目前系统中最高的优先级，保存在INT8U OSPrioHighRdy中

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()

OSCtxSw //悬起PSV异常

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL //NVIC_INT_CTRL为SCB中的中断控制寄存器(ICSR)的地址数值 0xE000ED04

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET //NVIC_PENDSVSET 为设置ICSR的值（0x10000000）

STR R1, [R0] //设置ICSR = NVIC_PENDSVSET 即将触发PendSV中断

BX LR //因为在OS_Sched中调用OSCtxSw时，是在临界区，中断是关闭的，所以这里通过BX LR返回OS_Sched，等退出临界区后，触发PendSV中断【任务切换时必须关中断”的原则】

PendSV中断响应函数OSPendSV

//Cortex-M3进入异常服务例程时,使用的是MSP指向的堆栈空间，且自动压入了R0-R3,R12,LR(R14,连接寄存器),PSR(程序状态寄存器)和PC(R15)，这些寄存器是任务被中断时的现场记录，此时任务所使用的PSP的值没有变化。

//M3处理器的控制寄存器的CONTROL[1] = 1（系统复位后默认是0），表明M3的线程模式的堆栈指针SP选用PSP【handler模式只允许使用MSP】，这样两个模式下SP使用不同的堆栈指针，且访问SP时，访问到的是当前被使用的堆栈指针，这时另一个堆栈指针要通过MRS、MSR命令来访问，即R13(PSP)或R13(MSP),R13是PSP还是MSP由系统当前的状态与CONTROL[1]决定，PSP是某个任务在RAM中的堆栈指针，MSP是异常模式下在RAM中的堆栈指针。

//一个任务占用CPU运行，它的运行现场是R0-R3,R4-R11，R12,R13(PSP/MSP)，R14（LR）,PSR和R15（PC)，如果该任务被中断，那么在进中断过程中，硬件会自动对CPU的部分现场寄存器（R0-R3,R12,R14,PSR和R15）进行压栈，其他寄存器硬件不压栈，如果CONTROL[1] = 1，那么硬件就会将相关寄存器压入PSP（R13）指向的堆栈中（线程模式时SP为PSP），CONTROL[1] = 0，硬件就会将相关寄存器压入MSP（R13）指向的堆栈中；CONTROL[1] = 1时如下图所示，线程模式与handler模式的SP不一样。

OSPendSV 【在进入中断前 R0-R3,R12,R14,PSR和R15已被压入任务所使用的堆栈中，下面是将其他的寄存器再压入任务的堆栈中，以及保存该任务的堆栈栈顶的值到PSP指向的堆栈中去，任务使用的是PSP，异常模式下使用的是MSP】

MRS R0, PSP //R0<=PSP 异常模式下使用的是MSP，所以只能通过MRS读取被中断的任务的堆栈指针，

CBZ R0, OSPendSV_nosave //如果PSP==0，则跳转到 OSPendSV_nosave ,否则往下执行【在系统刚开 //始启动时，OSStart()会调用OS_SchedNew()与OSStartHighRdy（）来使 //系统中最高优先级的任务运行，在OSStartHighRdy中，PSP设置为0，因为 //在OSStart前还没有任务运行，所以进入软中断后不用保存此时CPU的值， //只要将最高优先级任务的现场恢复到CPU的各寄存器就好了】

SUBS R0, R0, #0x20 //R0(PSP)!=0,那么R0的值减去0X20,32个字节（下面保持8个32位的寄存器）

STM R0, {R4-R11} //将R4~R11这8个寄存器存储到PSP对应的空间中去，这些寄存器是当前任务被中 //断时的现场

LDR R1, __OS_TCBCur //__OS_TCBCur DCD OSTCBCur

//当前任务（被中断的任务）的任务控制块OSTCBCur, OSTCBCur是当前任务控制 //块的首地址，也代表了它的第一个成员的地址，所以下面其实是对他的第一个 //成员OS_STK *OSTCBStkPtr（指向任务的堆栈栈顶的指针）进行赋值

LDR R1, [R1] //将OSTCBStkPtr中保持的值赋给R1，该值指向任务的堆栈栈顶的指针

//即R1存储被中断的当前任务的堆栈栈顶的指针

STR R0, [R1] //将被中断的当前任务的堆栈栈顶的指针存到PSP指向的堆栈中去，即保存被中断 //任务所使用的堆栈栈顶的指针,上面其他的寄存器是任务被中断的线场

OSPendSV_nosave 【上面的程序执行完后，接着继续执行下面的程序】

PUSH {R14} //保存R14寄存器的值压入到MSP指向的堆栈中，该寄存器在中断返回时大有作用

LDR R0, __OS_TaskSwHook //调用回调函数钩子函数

BLX R0

POP {R14}

-------------------------------------------

//相当于定义指针变量：__OS_PrioCur DCD OSPrioCur; __OS_PrioHighRdy DCD OSPrioHighRdy

LDR R0, __OS_PrioCur //INT8U OSPrioCur当前任务的优先级

LDR R1, __OS_PrioHighRdy //OSPrioHighRdy系统中最高的优先级

LDRB R2, [R1] //上面两句是将变量的地址传给了R0与R1，[R1]最高优先级的值存入R2

STRB R2, [R0] //将R2中的值存入到OSPrioCur变量中去（即接下来运行最高优先级任务）

//即实现：OSPrioCur = OSPrioHighRdy;

-------------------------------------------------

//相当于定义指针变量：__OS_TCBCur DCD OSTCBCur; __OS_TCBHighRdy DCD OSTCBHighRdy

LDR R0, __OS_TCBCur //R0=&OSTCBCur; OS_TCB *OSTCBCur; OS_TCB *OSTCBHighRdy;

LDR R1, __OS_TCBHighRdy //R1=&OSTCBHighRdy;这四句同理上面，OSTCBCur = OSTCBHighRdy

LDR R2, [R1] //R2 = *R1; R2=OSTCBHighRdy 指向优先级最高的任务的任务控制块

STR R2, [R0] //*R0 = R2; 即实现：OSTCBCur = OSTCBHighRdy;

//系统中用OSPrioCur OSTCBCur 来表示正在运行的任务

----------------------------------------------

【通过R2(OSTCBHighRdy)将OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr的值赋给R0，再通过LDM将最高优先级任务的堆栈中保存好的R4-R11恢复到当前CPU的R4-R11寄存器中(这个过程与上面的保存过程是相逆的)，因为R0-R3,R12,R14,PSR和R15是硬件自动压入任务的堆栈的，在中断中后来再保存R4-R11的（是先对SP减了32后再保存，相当于SP的值没有变化），且中断退出时会自动弹出R0-R3,R12,R14,PSR，所以下面的代码只要恢复最高优先级任务的R4-R11(OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr通过LDM自减了32,)，然后将加上32， OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr 相当于没有变化，再将OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr赋给PSP,这样硬件在中断退出时会自动恢复 R0-R3,R12,R14,PSR ，这样就完全恢复了，一运行就是最高优先级的任务了】

LDR R0, [R2] //[R2]为*OSTCBHighRdy，R2是4字节的寄存器,所以[R2]是OSTCBHighRdy //指向地址的后4个字节的值，即OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr,

//即 R0 = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr

LDM R0, {R4-R11} //将 OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr（R0）指向的堆栈（向下生长）栈顶后 //的32个字节依次存入R4-R11(R0的值自减，后缀为!表示自增），因为堆 //栈保持时是自减的，这里相当于恢复最高优先级任务的现场)

ADDS R0, R0, #0x20 //将R0的值加上0x20后赋给R0

MSR PSP, R0 //PSP <= R0

ORR LR, LR, #0x04 //按位或将LR的第二位置1，这样中断返回时，就将从进程的堆栈中做 //出栈操作，返回后使用PSP（否则将从主堆栈中做出栈操作，返回后 //使用MSP）

BX LR //中断返回

xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0会被硬件按一定的次序压入PSP所指向的堆栈中（同时被中断的任务后面要恢复执行，还需保存R4-R11，保存后一定要保证堆栈指针指向硬件自动压栈后的原位置，这样硬件才能在恢复任务时硬件自动正确出栈）

2：在中断中实现任务的切换

uC/OS II 的中断服务函数必须遵循一定的架构来实现，

void SysTickHandler(void)

{

OS_CPU_SR cpu_sr;

OS_ENTER_CRITICAL(); //保存全局中断标志,关总中断

OSIntNesting++;

OS_EXIT_CRITICAL(); //恢复全局中断标志

OSTimeTick();

OSIntExit(); //在os_core.c文件里定义,如果有更高优先级的任务就绪了,则执行一次任务切换

}

OSInit函数

系统初始化函数OSInit()初始化所有的变量和数据结构，同时也会建立空闲任务OS_TaskIdle(),该任务永远处于就绪态，如果统计任务使能，那么他还要建立统计任务OS_TaskStat(),并使其进入就绪态。

空闲任务

OS_TaskIdle

uC/OS II总要建立一个空闲任务，idle task，这个任务在没有其他任务进入就绪态时投入运行，它的优先级永远设为最低优先级，即OS_LOWEST_PRIO，且空闲任务是不能被应用软件删除的；

空闲任务不停的给一个32位的OSIdleCtr的变量加1，统计任务用这个计数器变量确定当前应用软件实际消耗CPU的时间，计数器加1前后分别关闭打开中断，OS_TaskIdle可以借助OSTaskIdleHook()做CPU的睡眠等；OS_TaskIdle总是处于就绪态。

统计任务OS_TaskStat

只要将OS_TASK_STAT_EN宏使能，那么统计任务就会建立，一旦运行，它将每秒运行一次，计算当前CPU的利用率，将值放在OSCPUsage这个8位的变量中，用百分比表示，精度为1%.如果应用程序打算使用统计任务，那么必须在初始化时建立的第一个也是唯一的任务中调用统计任务初始化函数OSStatInit(),也就是在调用系统启动函数OSStart前，用户初始化代码中必须先建立一任务，在这个任务中调用系统统计初始化函数OSStatInit,然后再建立应用程序中的其他任务。它的优先级是OS_LOWEST_PRIO-1

OSStart操作系统启动函数

在uC/OS II启动之前，至少须建立一个应用程序，因为如果使能统计任务，那么统计任务要求必须先建立一个也是唯一一个用户任务后，再启动系统，再创建其他的任务，如果什么任务都没有建立，只要空闲任务，那系统也就一直空闲，所以需要先创建至少一个任务。

uC/OS II 学习笔记

相关文章

阅读排行

推荐文章