根據(jù)自己理解，來(lái)仿寫(xiě)一個(gè)ucosii
簡(jiǎn)單談?wù)勎覍?duì)uc的一些認(rèn)識(shí)級(jí)對(duì)于部分源碼的分析和調(diào)試，作為對(duì)近一段時(shí)間學(xué)習(xí)的階段性總結(jié)。下文將分兩部分介紹，前半部分主要談?wù)勎覀(gè)人對(duì)一些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)以及一些疑惑，后半部分是通過(guò)閱讀ucosii，按照ucosii的思路自己編寫(xiě)或者調(diào)試的一些源碼的分析，這些源碼可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)定時(shí)切換(MDK+stm32)。
1.ucosii有什么作用，和裸機(jī)的區(qū)別
uc是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)我一直在糾結(jié)這個(gè)東西是干嘛用的，單片機(jī)不是有中斷嗎，為什么非要用這個(gè)東西來(lái)完成中斷的功能呢?
先談?wù)勎覀儽容^熟悉的裸機(jī)開(kāi)發(fā)，使用一個(gè)while(1)配合一些中斷來(lái)響應(yīng)事件。但是我們知道，單片機(jī)的中斷資源是有限的，并且多是用來(lái)響應(yīng)外部事件。另外，中斷中使用的全局變量，不可重入性也容易使系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題，造成不確定性。而且中斷時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，使得任務(wù)的吞吐量不能太大，而中斷之間的相互嵌套也容易使程序出現(xiàn)問(wèn)題。所以，在需要及時(shí)處理復(fù)雜或者耗時(shí)任務(wù)的時(shí)候(簡(jiǎn)單任務(wù)while循環(huán)的實(shí)時(shí)性好像不比uc差)，及時(shí)響應(yīng)任務(wù)并進(jìn)行處理，這種普通的模式效果就比較差了。而uc有個(gè)好處就是它可以隨時(shí)切換任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行有固定的時(shí)間，通過(guò)操作系統(tǒng)統(tǒng)一的TimeTick可以有效統(tǒng)一任務(wù)運(yùn)行的時(shí)間，這樣就不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)任務(wù)長(zhǎng)期占據(jù)cpu而其他任務(wù)得不到運(yùn)行的情況，我們可以通過(guò)調(diào)用uc的API來(lái)控制每個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。多任務(wù)還有個(gè)好處就是把復(fù)雜的程序拆成幾個(gè)任務(wù)，這樣管理相對(duì)方便，容易修改和擴(kuò)展，否則復(fù)雜些幾千行的while循環(huán)程序一旦完成，想再擴(kuò)展就變得灰常麻煩。從另一方面講，在做一些簡(jiǎn)單的東西的時(shí)候，不需要實(shí)時(shí)性的時(shí)候，感覺(jué)不使用uc反而更簡(jiǎn)單一些。想想既然NASA都在使用ucosii，這個(gè)東西肯定有它的價(jià)值的，學(xué)明白了肯定是有用的。
2.ucosii的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析
uc中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的，所以，在初始化操作系統(tǒng)的時(shí)候(OSInit (void))，要做的就是初始化這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 其中又可以分為兩個(gè)部分，第一是初始化全局變量，包括
OSTime = 0uL; 時(shí)間記錄，TimeTick中自增
OSIntNesting = 0u; 中斷嵌套層數(shù)，用于記錄中斷嵌套，中斷中不允許任務(wù)調(diào)度
OSLockNesting = 0u; 調(diào)度鎖
OSTaskCtr = 0u; 當(dāng)前任務(wù)數(shù)
OSRunning = OS_FALSE; 操作系統(tǒng)禁止，在OSStart();中開(kāi)啟
OSCtxSwCtr = 0u; 任務(wù)切換數(shù)
OSIdleCtr = 0uL; 空閑任務(wù)數(shù)
#if OS_TASK_STAT_EN > 0u 后面幾個(gè)沒(méi)弄過(guò)，待查
OSIdleCtrRun = 0uL;
OSIdleCtrMax = 0uL;
OSStatRdy = OS_FALSE;
#endif
#ifdef OS_SAFETY_CRITICAL_IEC61508
OSSafetyCriticalStartFlag = OS_FALSE;
#endif
初始化完全局變量，就開(kāi)始初始化各種鏈表，清空它們的內(nèi)容然后穿起來(lái)。其中主要包括 任務(wù)控制塊，消息塊， 信號(hào)量集塊，內(nèi)存塊幾個(gè)主要塊，uc的工作主要就靠它們了。
其中任務(wù)控制塊是重中之重，用于記錄任務(wù)的屬性以及存儲(chǔ)空間。在下文中具體分析其各變量的作用。
消息塊主要用于任務(wù)同步，也就是任務(wù)間相互發(fā)送消息。
其中信號(hào)量用于協(xié)調(diào)共享資源的訪問(wèn)，說(shuō)的簡(jiǎn)單點(diǎn)就是一個(gè)東西我用完了你再用。如果我正用著，這時(shí)候輪你用了，但是我沒(méi)把權(quán)限給你(post)，到你了你也不能用(pend)。這樣就可以避免由不同任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)資源而出錯(cuò)。
互斥信號(hào)量這個(gè)名字很奇怪，信號(hào)量的作用本來(lái)不就是互斥嗎?互斥信號(hào)量是為了避免優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)用的。假設(shè)任務(wù)A,B,C優(yōu)先級(jí)遞增，A,C同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)資源。如果使用信號(hào)量，當(dāng)C訪問(wèn)資源時(shí)，如果C沒(méi)來(lái)得及釋放信號(hào)量，由于超時(shí)或者其他函數(shù)中有任務(wù)調(diào)度函數(shù)而發(fā)生任務(wù)調(diào)度時(shí)，A由于得不到C手中的信號(hào)量，任務(wù)不能執(zhí)行，只能執(zhí)行B任務(wù)了。這咋看沒(méi)什么問(wèn)題，但是仔細(xì)想想，當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高的A已經(jīng)就緒但是不能運(yùn)行，反而優(yōu)先級(jí)低的B運(yùn)行了，這優(yōu)先級(jí)不是白設(shè)置了嗎!究其原因，主要是C的問(wèn)題，你作為最低的優(yōu)先級(jí)，拿著信號(hào)量的時(shí)候發(fā)生任務(wù)調(diào)度，肯定不能再運(yùn)行你自己了吧，信號(hào)量送不出去，最高的優(yōu)先級(jí)的A只能干等，所以自然給了B。
哦，那你說(shuō)上個(gè)鎖算了，C運(yùn)行的時(shí)候咱們誰(shuí)也別打擾，目測(cè)這個(gè)辦法也行，有待實(shí)驗(yàn)。
任務(wù)在獲取互斥信號(hào)量后，可以把優(yōu)先級(jí)提到最高，這樣就可以避免被調(diào)度到B，直到
C釋放了信號(hào)量。這是A優(yōu)先級(jí)最高，信號(hào)量又沒(méi)有被占用，OK，正常運(yùn)行。
消息郵箱也是個(gè)信號(hào)量，不過(guò)它的作用是任務(wù)間通信，你可以通過(guò)它傳遞一個(gè)消息指針(*msg)，這個(gè)指針你愛(ài)指什么指什么，反正你的任務(wù)指哪里，我的任務(wù)從哪里讀取，你給我發(fā)郵件，我就去那里讀，這樣就可以互相通信了。不過(guò)必須等我post了，你pend上了才能成功讀取，這可不是隨便寫(xiě)個(gè)全局變量就可以隨便讀取的？梢(jiàn)，這也是一種消息間的協(xié)調(diào)機(jī)制。
消息隊(duì)列我也不大清楚干什么用的，它能發(fā)好幾個(gè)消息，每個(gè)任務(wù)只能讀一個(gè)，下一個(gè)任務(wù)讀下一個(gè)，至于做什么用的，有待深入學(xué)習(xí)。
信號(hào)量集也是一種任務(wù)間的通信方式，但是它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有別與消息類(lèi)的。信號(hào)量集是在滿足多個(gè)條件后觸發(fā)一個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。如果說(shuō)信號(hào)量是一把鑰匙，信號(hào)量集就是多把鑰匙，同時(shí)滿足才能開(kāi)門(mén)。另外，使用時(shí)要注意這個(gè)條件不是相加，而是按位相同。
最后時(shí)內(nèi)存控制塊，感覺(jué)像是uc的malloc和free，沒(méi)用過(guò)。
3.任務(wù)調(diào)度時(shí)堆棧是個(gè)什么
我們知道，正常情況下我們寫(xiě)的函數(shù)中堆？臻g是由編譯器自動(dòng)分配的，那在任務(wù)里寫(xiě)函數(shù)為什么就要手動(dòng)分配堆？臻g呢?這個(gè)堆棧中到底存儲(chǔ)了什么東西呢。
通過(guò)閱讀任務(wù)控制塊代碼我們可以知道，任務(wù)控制塊中為我們提供一個(gè)函數(shù)指針，這個(gè)指針指向我們的任務(wù)，只要將這個(gè)指針的地址寫(xiě)入相應(yīng)寄存器，那么程序就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行到這個(gè)函數(shù)。但是我們注意，只有函數(shù)在被main直接或者間接調(diào)用時(shí)，計(jì)算機(jī)才會(huì)為函數(shù)分配響應(yīng)內(nèi)存空間，而我們現(xiàn)在只是用一個(gè)指針指向了這段即將運(yùn)行的代碼，至于空間，有可能是隨意一段內(nèi)存空間，體現(xiàn)在程序上就是函數(shù)中的局部變量和函數(shù)內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)所需要的數(shù)據(jù)，全都會(huì)保存在任意一段內(nèi)存空間，覆蓋有用數(shù)據(jù)，在M3上，這種隨意侵蝕內(nèi)存的行為將會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤中斷，程序無(wú)法正常使用。同樣的道理，這就好比我們定義數(shù)組時(shí)必須指定空間大小，如果隨意定義一個(gè)指針然后對(duì)其所指空間賦值，極有可能引起嚴(yán)重錯(cuò)誤。
至于任務(wù)空間大小，要看其全局變量和函數(shù)嵌套層數(shù)來(lái)定義，函數(shù)嵌套是需要很多內(nèi)存空間的，嵌套層數(shù)越多，需要的空間越大。另外好像空間大小都是64,128,256這樣的整形，我們打開(kāi)debug窗口硬件仿真時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些堆棧大小好像正好是64等整數(shù)，原因待查。
4.關(guān)于為什么不使用調(diào)度鎖而使用互斥信號(hào)量的又一種解釋
互斥信號(hào)量我們可以暫時(shí)提高當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，也就是說(shuō)，我們可以把當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)提高到最高。同樣，我們也可以不提高到最高，如果有優(yōu)先級(jí)高于上文中提到的A任務(wù)的優(yōu)先級(jí)的任務(wù)Z，如果我們使用調(diào)度鎖，Z任務(wù)也是不能被調(diào)度的。而使用互斥信號(hào)量，
我們可以把互斥任務(wù)優(yōu)先級(jí)提高到高于A但是低于Z的級(jí)別，這樣既不會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時(shí)還能及時(shí)響應(yīng)任務(wù)Z。
程序源碼分析：
以下源碼是借鑒uc，使用比較簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)的一個(gè)任務(wù)調(diào)度模塊，在MDK下調(diào)試，芯片為STM32F103ZET6？梢詫(shí)現(xiàn)任務(wù)定時(shí)切換，簡(jiǎn)要描述了ucosii的任務(wù)調(diào)度基本功能。底層代碼使用uc官方移植文件。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-18
