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uCOS-II系统开发笔记
uC/OS-II系统开发笔记
uC/OS-II是一个简洁、易用的基于优先级的嵌入式抢占式多任务实时内核。尽管它非常简单,但是它的确在很大程度上解放了我的嵌入式开发工作。既然是一个操作系统内核,那么一旦使用它,就会涉及到如何基于操作系统设计应用软件的问题。
1、uC/OS-II的任务框架
void task_xxx(void *pArg){???? /* 该任务的初始化工作 */……???????? /* 进入该任务的死循环 */???? while(1)???? {……}}
??? 每个用户的任务都必须符合事件驱动的编程模型,即uC/OS-II的应用程序都必须是“事件驱动的编程模型”。一个任务首先等待一个事件的发生,事件可以是系统中断发出的,也可以是其它任务发出的,又可以是任务自身等待的时间片。当一个事件发生了,任务再作相应处理,处理结束后又开始等待下一个事件的发生。如此周而复始的任务处理模型就是“事件驱动的编程模型”。事件驱动模型也涵盖了中断驱动模型,uC/OS-II事件归根结底来自三个方面:(1)中断服务函数发送的事件(2)系统延时时间到所引起的(3)其它任务发送的事件。??? 其中“中断服务函数发送的事件”就是指每当有硬件中断发生,那么中断服务程序就会以事件的形式告诉任务,而等待该事件的最高优先级任务就会马上得以运行;“系统延时时间到所引起的”事件其实也是硬件中断导致的,那就是系统定时器中断。而“其它任务发送的事件”则是由任务代码自身决定的,这是完全的“软事件”。不管“软事件”还是“硬事件”,反正引起uC/OS-II任务切换的原因就是“事件”,所以用户编写应用代码的时候一定要体现出“事件驱动的编程模型”。
2、uC/OS-II的任务优先级分配??? uC/OS-II的任务优先级分配需要按照不同的系统设计具体分析。比如,对实时性要求越高的任务,则优先级要越高。
3、uC/OS-II的软件层次??? uC/OS-II会直接操纵硬件,比如:任务切换代码必然要保存和恢复CPU及协处理器的寄存器;uC/OS-II的内核时基时钟就需要硬件定时器的中断。??? BSP就是“板极支持包”,它包括基于uC/OS-II而开发的事件驱动模型、支持多任务的驱动程序,这些驱动程序直接控制各个硬件模块并利用uC/OS-II的系统函数来实现多任务功能,它们应该尽量避免应用程序直接操纵硬件和uC/OS-II内核。BSP还应该为应用程序提供标准、统一的API,以达到软件层次分明、应用软件代码可复用的目的。??? 应用程序就是用户为具体应用需要而开发的软件,它必须符合uC/OS-II的编程模型,即“事件驱动的编程模型”。应用程序还应该尽量避免直接控制硬件和直接调用uC/OS-II系统函数、变量,一个完善的uC/OS-II系统是不需要应用程序来针对具体硬件而设计的。也就是说,uC/OS-II必须拥有完备的设备驱动程序,而驱动程序和BSP共同提供完备、标准的API。
4、uC/OS-II中使用互斥信号对象应该注意??? 互斥信号对象(Mutual Exclusion Semaphore)简称Mutex,是uC/OS-II的内核对象之一,用于管理那些需要独占访问的资源,并使其适应多任务环境。??? 创建每一个Mutex,都需要指定一个空闲的优先级号,这个优先级号的优先级必须比所有可能使用此Mutex的任务的优先级都高!
??? uC/OS-II的Mutex实现原理大致如下:??? 当一个低优先级的任务A申请并得到了Mutex,于是它获得资源访问权。如果此后有一个高优先级的任务B开始运行(此时任务A已经被剥夺),而且也要求得到Mutex,系统就会把任务A的优先级提高到Mutex所指定的优先级。由于此优先级高于任何可能使用此Mutex的任务的优先级,所以任务A会马上获得CPU控制权。一直到任务A释放Mutex,任务A才回到它原有的优先级,这时任务B就可以拥有该Mutex了。
??? 应该注意的是:当任务A得到Mutex后,就不要再等待其它内核对象(诸如:信号量、邮箱、队列、事件标志等等)了,而应该尽量快速的完成工作,释放Mutex。否则,这样的Mutex就失去了作用,而且效果比直接使用信号量(Sem)更糟糕!
??? 虽然普通的信号量(Sem)也可以用于互斥访问某独占资源,但是它可能引起“优先级反转”的问题。假设上面的例子使用的是Sem,当任务A得到Sem后,那么任务C(假设任务C的优先级比A高,但比B低)就绪的话将获得CPU控制权,于是任务A和任务B都被剥夺CPU控制权。任务C的优先级比B低,却优先得到了CPU!而如果任务A是优先级最低的任务,那么它就要等到所有比它优先级高的任务都挂起之后才会拥有CPU,那么任务
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