μC／OS-III的內(nèi)核對象解析

摘要：μC／OS-III是Micrium公司于2011年8月1日發(fā)布的第三代占先式硬實(shí)時系統(tǒng)，雖然其某些功能弱于Linux、Android等市場占有率極高的系統(tǒng)，但其優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的，如強(qiáng)實(shí)時性、微內(nèi)核、對微處理器的要求低等。本文對μC／OS-III的內(nèi)核對象進(jìn)行詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞：μC／OS-III；μC／OS-III內(nèi)核對象；信號量；消息隊列；事件標(biāo)志組

引言
    近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用在我們生活中的各個方面。嵌入式操作系統(tǒng)作為嵌入式產(chǎn)品的核心，起著越來越重要作用。μC／OS系列主要面向于對實(shí)時性、容錯能力等要求較高的工業(yè)操作系統(tǒng)。
    μC／OS-III的內(nèi)核對象相對于μC／OS-II有著較大的改變。其內(nèi)核對象的結(jié)構(gòu)更加完善。各內(nèi)核對象都內(nèi)置時間戳變量，使任務(wù)進(jìn)行與實(shí)時性相關(guān)的調(diào)試更加便捷。任務(wù)內(nèi)建消息隊列后，中斷程序可以直接發(fā)送消息給任務(wù)而不通過消息隊列，這在一些采集信號頻繁的應(yīng)用中能大大提高其實(shí)時處理能力，從而提高整個系統(tǒng)的效率。

1 μC／OS-III內(nèi)核對象的解析
1．1 信號量
    信號量常用于任務(wù)間的同步和互斥。創(chuàng)建信號量的前提條件是分配一個OS_SEM類型的結(jié)構(gòu)體，信號量的信息均存儲于該結(jié)構(gòu)體中。此外，還需在程序中調(diào)用OS-ScmCreate()函數(shù)后μC／OS-III才能識別該信號量。
    
    其參數(shù)分別為OS_SEM結(jié)構(gòu)體地址、信號量名、初始信號量計數(shù)值、錯誤代號。
    任務(wù)可調(diào)用OSSemPcnd()等待該信號量而被掛起。
    
    其參數(shù)分別為OS_SEM結(jié)構(gòu)體地址、等待期滿值、信號量失效模式、時間戳、錯誤代號。
    等待期滿值：該值在其變量類型范圍內(nèi)任意設(shè)定，如果非0，則該任務(wù)對信號量的等待期為所設(shè)置的值。如果為0，則任務(wù)無限等待，除非其他任務(wù)調(diào)用OSSemPendAbort()取消了該函數(shù)繼續(xù)等待信號量的到來。
    信號量失效模式：若該任務(wù)所等待的信號量無定義或已被刪除，選擇OS_OPT_PEND_BLOCKING，任務(wù)被掛起；選擇OS_OPT_PEND_NON_BLOC KING，函數(shù)返回錯誤代號且任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。
    有關(guān)信號量的函數(shù)：
    信號量提交OSSemPend()
    信號量刪除 OSSemDel()
    取消另一個任務(wù)等待信號量 OSSemPendAbort()
    設(shè)置信號量計數(shù)值 OSSemSet()
    信號量中還包括互斥信號量MUTEX，其結(jié)構(gòu)與普通的信號量一樣，但為了區(qū)分，μC／OS-III為其重新定義了結(jié)構(gòu)體類型OS_MUTEX，互斥信號量用于臨界資源的訪問。
1．2 消息隊列
    消息中承載的可以是數(shù)據(jù)區(qū)地址，也可以是函數(shù)的地址。任務(wù)得到其地址后便可訪問目標(biāo)數(shù)據(jù)或目標(biāo)函數(shù)。消息存在于消息隊列中，使用消息的前提是創(chuàng)建消息隊列，每個消息隊列需創(chuàng)建一個OS_Q類型的結(jié)構(gòu)體用于存儲該消息隊列的相關(guān)數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)體OS_MSG_Q是消息隊列構(gòu)成的主要部分，其中存儲著消息隊列中首個消息和最后一個消息的地址，而消息中會保存后一個消息的地址，形成隊列。這樣，μC／OS-III就能高效地訪問到消息隊列中的每個消息。在程序中調(diào)用OSQCreate()函數(shù)后μC／OS-III才能識別用戶創(chuàng)建的消息隊列。消息隊列及其消息如圖1所示。

    消息隊列創(chuàng)建函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：消息所被存放的消息隊列地址、消息隊列的名字、消息隊列中所能存放的消息個數(shù)、錯誤代號。
    消息提交函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：消息所被存放的消息隊列地址、消息所承載的數(shù)據(jù)的地址、消息所承載數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、消息的提交方式、錯誤代號。
    消息提交的方式共有4種：
    OS_OPT_POST_ALL消息提交給所有在隊列中等待的任務(wù)。
    OS_OPT_POST_FIFO消息提交到消息隊列的隊尾。
    OS_OPT_POST_LIFO消息提交到消息隊列的隊首。
    OS_OPT_POST_NO_SCHED 消息被提交到消息隊列，但不馬上調(diào)用調(diào)度器。
    消息掛起函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：消息所被存放的消息隊列地址、任務(wù)等待期滿時間、消息隊列失效模式、消息所承載數(shù)據(jù)的大小、時間戳、錯誤代號。
    任務(wù)等待期滿時間是以時基為單位的。時間戳變量中保存了任務(wù)接收到消息時的時間戳、任務(wù)被取消等待該消息時的時間戳、消息隊列被刪除時的時間戳。用戶也可以傳入?yún)?shù)((CPU_TS*)0)不接收這個時間戳。錯誤代號中蘊(yùn)含著函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果。
    需注意的是該函數(shù)有返回值，返回的是接收到消息中所指向數(shù)據(jù)區(qū)的地址。
    消息隊列的其他API：
    刪除消息隊列 OSQDel()
    清空消息隊列 OSQFlush()
    取消任務(wù)等待該消息 OSQPendAbort()
    以上函數(shù)均用于操作外建消息隊列，μC／OS-III最讓人振奮的就是任務(wù)可以內(nèi)建消息隊列，這不僅提高了μC／OS-III的效率，還簡化了程序代碼。
    任務(wù)內(nèi)建消息隊列的API如下：
    任務(wù)等待消息 OSTaskQPend()
    發(fā)送消息給消息隊列 OSTaskQPost()
    清窄消息隊列 OSTaskQFlush()
    取消任務(wù)等待該消息 OSQPendAbort()
    外部消息隊列及任務(wù)內(nèi)建消息隊列如圖2所示。

1．3 事件標(biāo)志組
    事件標(biāo)志組創(chuàng)建函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：事件標(biāo)志組的地址、事件標(biāo)志組的名字、初始化事件標(biāo)志組、錯誤代號。
    事件標(biāo)志組掛起函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：事件標(biāo)志組的地址、任務(wù)所等待的標(biāo)志位、任務(wù)等待期滿時間、事件標(biāo)志組的方式、時間戳、錯誤代號。
    事件標(biāo)志組的方式選擇需分為兩部分：一部分為事件標(biāo)志組失效時的處理方式，可選擇OS_OPT_PENDBLOCKING和OS_OPT_PEND_NON_BLOCKI NG；另一部分是任務(wù)等待事件標(biāo)志位的方式。
    所等待的標(biāo)志位全部被清零：OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_AND
    所等待的標(biāo)志位或操作為0：OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_OR
    所等待的標(biāo)志位全部被置位：OS_OPT_PEND_FLAG_SET_AND
    所等待的標(biāo)志位或操作為1：OS_OPT_PEND FLAG_SET_OR
    事件標(biāo)志提交函數(shù)為：
    
    其參數(shù)分別為：事件標(biāo)志組的地址、此函數(shù)中被操作的位、置位或清零、錯誤代號。
    事件標(biāo)志組的其他API：
    刪除事件標(biāo)志組 OSFlagDel()
    取消任務(wù)等待事件標(biāo)志組 OSFlagPendAbort()
    獲取事件標(biāo)志組中任務(wù)所關(guān)心的位 OSFlagPendGetFlagsRdy()
    事件標(biāo)志組實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的通信如圖3所示。

2 小結(jié)
    μC／OS-III任務(wù)間的通信常通過信號量、消息隊列、事件標(biāo)志組實(shí)現(xiàn)。信號量的通信類似于任務(wù)間打招呼，如判斷某條件是否成立。消息隊列可分為任務(wù)內(nèi)建消息隊列和外部消息隊列，任務(wù)內(nèi)建消息隊列一般用于接收少量消息(如中斷程序發(fā)送過來的消息)，外部消息隊列主要面向于多個任務(wù)共同等待的消息。事件標(biāo)志組則用于多個任務(wù)間的同步。