UCOS-II培训材料.doc

内容介绍 介绍uC/OS-II嵌入式操作系统 基于uC/OS-II的用电管理终端软件的设计 书籍：《嵌入式实时操作系统uC/OS-II》 作者：Jean Labrosse uC/OS-II V2.52 通过了美国航空航天管理局（FAA）的安全认证； 安全性、可靠性是得到认证的。 我们为什么会选择uC/OS-II嵌入式操作系统？ 与终端硬件平台相适应 全部源代码5500行，可裁减定制，生成的可执行代码占15～20k, 可以移植到多种系列单片机上，包括ARM； 考虑成本，免费的源代码公开； uC/OS-II代码简单，容易掌握和使用；具有多任务调度的基本功能； uC/OS-II嵌入式操作系统的缺点： 1、缺少技术支持，相关的支持软件少； 2、和商业软件比，功能较弱（如不支持时间片轮转，最大任务数为64等）；对应用开发的支持不够； uC/OS内核介绍和基于RTOS的设计介绍 一、概述 使用嵌入式RTOS的优点 1 将复杂的系统分解为多个相对独立的任务，采用“分而治之”的方法降低系统的复杂度。通过将应用程序分割成若干独立的任务，RTOS使得应用程序的设计过程大为简化； 2 使得应用程序的设计和扩展变得容易，无需较大的改动就可以增加新的功能； 3 用户给系统增加一些低优先级的任务，则用户系统对高优先级的任务的响应时间几乎不受影响； 4 实时性能得到提高。使用可剥夺型内核，所有时间要求苛刻的事件都得到了尽可能快捷有效的处理； 5 通过有效的服务，如信号量、邮箱、队列、延时及超时等，RTOS使资源得到更好的利用； 使用嵌入式RTOS的缺点 1 使用RTOS增加了系统的内存和CPU等使用开销，例如任务之间的通讯、RTOS的调度程序等； 2 需要采用一些新的软件设计方法，对系统设计人员的要求高一些。例如驱动程序的设计要考虑到共享资源的互斥问题； 3 系统任务的划分是比较复杂的过程，需要设计人员对业务和RTOS操作系统都很熟悉。 uC/OS操作系统的特点 uC/OS是一个完成的，可移植、可固化、可裁减的抢占式实时多任务操作系统内核。主要用ANSI的C语言编写，少部分代码是汇编语言。uC/OS主要有以下特点： 1、可移植性 可以移植到多个CPU上，包括三菱单片机。 2、可固化 可以固化到嵌入式系统中 3、可裁减 可以定制uC/OS，使用少量的系统服务 4、可剥夺性 uC/OS是完全可剥夺的实时内核，uC/OS总是运行优先级最高的就绪任务。 5、多任务运行 uC/OS可以管理最多64个任务。不支持时间片轮转调度法，所以要求每个任务的优先级不一样。 6、可确定性 uC/OS的函数调用和系统服务的执行时间可以确定。 7、任务栈 每个任务都有自己的单独的栈，而且每个任务栈空间的大小可以不一样。 8、系统服务 uC/OS有很多系统服务，如信号量、时间标志、消息邮箱、消息队列、时间管理等等。 二、uC/OS内核介绍 基本概念 前后台系统 也称为超循环系统。应用程序是一个无限的循环，循环中实现相应的操作，这部分看成后台行为。用中断服务程序处理异步事件，处理实时性要求很强的操作，这部分可以看成前台行为。 共享资源 可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资源。 3、 任务：一个任务是一个线程，一般是一个无限的循环程序。一个任务可以认为CPU资源完全只属于自己。任务可以是以下五种状态之一：休眠态，就绪态，运行态，挂起态和被中断态。uC/OS-II提供的系统服务可以使任务从一种状态变为另一种状态。 4、 任务切换：任务切换就是上下文切换，也是CPU寄存器内容切换。当内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态（CPU寄存器的内容）到任务自己的栈区。入栈完成后，就把下一个将要运行的任务状态从该任务的栈中重新装入CPU寄存器，并开始下一个任务的运行，这个过程叫做任务切换。 5、 内核 多任务系统中内核负责管理和调度各个任务，为每个任务分配CPU时间，并负责任务间的通信。内核总是调度就绪态的优先级最高的任务。内核本身增加了系统的额外负荷，因为内核提供的服务需要一定的执行时间。 6、 可剥夺型内核 uC/OS－II以及绝大多数商业实时内核都是可剥夺型内核。最高优先级的任务一旦就绪，就抢占运行着的低优先级的任务，得到CPU的使用权。 7、 可重入函数：可以被多个任务调用，并且不用担心数据会被破坏的函数。 8、 优先级反转 优先级反转问题是使用实时内核系统中出现最多的问题。描述如下：假设当前系统有任务3在运行，并且低优先级的任务3占用了共享资源，而高优先级任务1就绪得到CPU使用权后，也要使用任务3占用的共享资源，任务1只能挂起等待任务3使用完共享资源。任务3继续运行时，优先级在任务1和任务3之间的任务2就绪并抢占了任务3的CPU使用权，直