μC/OS-II 是一個源代碼公開、可移植、可裁剪的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有穩(wěn)定可靠、實時性好等優(yōu)點，是專門針對微處理器和微控制器設(shè)計的實時內(nèi)核，它的內(nèi)核可以做到很小，很適合在單片機系統(tǒng)上移植。移植了μC/OS-II 的嵌入式系統(tǒng)可以使各個任務(wù)獨立工作，互不干涉，很容易實現(xiàn)準時而且無誤執(zhí)行，使實時應(yīng)用程序的設(shè)計和擴展變得容易，使應(yīng)用程序的設(shè)計過程大為減化。在這個星期內(nèi)，我通過對禁用了郵箱、隊列、文件系統(tǒng)的最簡單的μCOS-ii操作系統(tǒng)進行了學習，現(xiàn)將收獲分享如下。
μCOS-ii運行過程
μCOS-ii的主函數(shù)不到十行代碼，但是因為其高度的結(jié)構(gòu)化以及良好的函數(shù)封裝，對其運行過程的了解對于學習μCOS-ii的編程思想以及設(shè)計思路具有重大的意義。
我通過將μCOS-ii代碼移植到SST89V564RD單片機中，并且利用TI公司的溫度傳感器TMP124創(chuàng)建了兩個任務(wù)：讀TMP122數(shù)據(jù)、向串口發(fā)送讀取的溫度值。要求兩個任務(wù)輪流執(zhí)行，讀TMP122的優(yōu)先級高于向串口發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。
1 系統(tǒng)初始化
在μCOS-ii中，系統(tǒng)初始化可以分為全局變量初始化、創(chuàng)建空閑任務(wù)任務(wù)、堆棧初始化、任務(wù)控制塊初始化等部分內(nèi)容。
全局變量初始化。由于μCOS-ii操作系統(tǒng)中定義了眾多與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)的全局變量，因此全局變量的初始化包含眾多內(nèi)容。這些系統(tǒng)參數(shù)的初始化大都被封裝 在OSInit()函數(shù)中。尤其要注意的是，在OSInit函數(shù)中，OSRunning變量一定要被定義成FALSE，否則在OSStart函數(shù)中，系統(tǒng) 無法啟動創(chuàng)建的任務(wù)，系統(tǒng)因此變成了一個有始有終的函數(shù)，創(chuàng)建的任務(wù)永遠得不到執(zhí)行。在實際運行過程中表現(xiàn)為主函數(shù)運行一次之后，系統(tǒng)不再運行。另外需要 注意的是OSTCBCur、OSTCBList等這幾個變量需要定義為(OS_TCB DT_XDATA *)0的類型。因為這些變量是指向結(jié)構(gòu)體TCB(Task Control Block)的指針，并不是數(shù)字〇。
創(chuàng)建空閑任務(wù)。創(chuàng)建空閑任務(wù)包括進入臨界區(qū)、任務(wù)堆棧初始化、TCB初始化、退出臨界區(qū)等內(nèi)容，大部分是一些簡單的賦值操作，比較簡單，不再贅述。其中OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;這兩句話要盡量看懂。因為這兩句話牽扯到后面OSUnMapTbl這個矩陣的理解。其含義為一旦任務(wù)就緒隊列中有"1"(即對應(yīng)的任務(wù)就緒)，則相應(yīng)的任務(wù)組OSRdyGrp 相應(yīng)的位變成1，OSRdyTbl中的相應(yīng)的位也變成1.
堆棧初始化以及任務(wù)控制塊初始化。比較容易理解，簡單的賦值操作。不過在堆棧初始化中的ppdata = ppdata;opt = opt; 以及任務(wù)控制塊初始化中的pext= pext; stk_size= stk_size;pbos=pbos;opt=opt; id= id;這些語句剛開始的時候很令人費解。其實這些是防止編譯器不斷的報warning，以免影響正常的調(diào)試的。
2 任務(wù)創(chuàng)建
同上述創(chuàng)建空任務(wù)大體雷同。需要注意的是此時操作系統(tǒng)的OSRunning變量還是處于FALSE狀態(tài)，因此創(chuàng)建任務(wù)的過程中，操作系統(tǒng)并沒有開始運行。 這就是為什么操作系統(tǒng)在開始運行的時候不是選擇第一個創(chuàng)建的任務(wù)開始運行，而是從所有的任務(wù)里面選擇優(yōu)先級最高的運行的原因。
3 任務(wù)調(diào)度
任務(wù)調(diào)度是從OSStart函數(shù)開始的。具體包括OSStart、OsStartHighRdy、Task1~n、OSTimeDlyHMSM、OSSched等函數(shù)，其中任務(wù)交換是在匯編語言文件的OS_TASK_SW函數(shù)中運行的。
OsStart在整個系統(tǒng)運行的過程中只會運行一次。在系統(tǒng)創(chuàng)建任務(wù)之后運行。主要目的是從任務(wù)就緒表中挑選出優(yōu)先級最高的任務(wù)，并開始運行優(yōu)先級最高的任務(wù)。
OsStartHighRdy為asm文件中的一部分。主要是堆棧的操作。目的是要把高優(yōu)先級任務(wù)的任務(wù)堆棧復(fù)制到寄存器中，為即將開始的運行最高優(yōu)先級的任務(wù)做好準備。
Task1~n。Task為一個無限循環(huán)函數(shù)。雖然是無限循環(huán)函數(shù)，但是與平常前后臺系統(tǒng)中的無限循環(huán)具有區(qū)別。因為μCOS-ii操作系統(tǒng)并不是一個像 Linux那樣的時間片輪流處理的操作系統(tǒng)，它僅僅是一個處理完一部分內(nèi)容之后再去處理另一部分內(nèi)容的實時操作系統(tǒng)。這就要求在每一個任務(wù)的每一個無限循 環(huán)中都要加一個調(diào)用OSSched函數(shù)的函數(shù)。
OSTimeDlyHMSM主要是為用戶提供一個良好的借口，將用戶輸入的時、分、秒、毫秒這四個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的滴答數(shù)，然后調(diào)用OSTimeDly實 現(xiàn)。在OSTimeDly中調(diào)用OSSched，確保系統(tǒng)的實時性。OSSched函數(shù)結(jié)構(gòu)也類似于OSStart，主要是計算出任務(wù)就緒表中最高優(yōu)先級 的任務(wù)，通過OS_TASK_SW中的堆棧的操作實現(xiàn)任務(wù)的交換。
μCOS-ii查找最高優(yōu)先級算法的實現(xiàn)
指導(dǎo)思想：以空間換時間。
在查看源代碼的過程中，最令人費解的或許就是OSUnMapTbl這個矩陣了?，F(xiàn)將此矩陣復(fù)制如下：
INT8U const DT_XDATA OSUnMapTbl[] = {
0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0,
4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0
};
在了解這個矩陣的工作原理之前，我們有必要了解一下幾個變量的含義：
OSRdyGrp 是一個8位的unsigned char型數(shù)。由于該μCOS-ii系統(tǒng)最多允許prio為63，也就是說最多允許有64個優(yōu)先級。64個優(yōu)先級被分成了八組，每組有八個優(yōu)先級。如果有 任何一組中的任務(wù)進入了就緒狀態(tài)，則該組所對應(yīng)的位變?yōu)?。比如優(yōu)先級為4，23，56的任務(wù)同時進入了就緒態(tài)，則對應(yīng)第0，2，7組中有任務(wù)進入了就緒 態(tài)，則此時OSRdyGrp 應(yīng)為 10000101。
OSRdyTbl為一個有8個元素的8位數(shù)的數(shù)組，分別為OSRdyTbl[0]...OSRdyTbl[7]。從OSRdyTbl[0]到 OSRdyTbl[7]的每一位數(shù)對應(yīng)相應(yīng)優(yōu)先級的任務(wù)是不是進入了就緒態(tài)。還是上面的例子，假如優(yōu)先級為4，23，56的任務(wù)進入了就緒態(tài)，則 OSRdyTbl[0]的第4位，OSRdyTbl[2]的第7位，OSRdyTbl[7]的第0位變成1，其他的位仍然保持零。
介紹完兩個變量之后，就可以很容易理解這個矩陣的作用了。矩陣的第i個數(shù)字表示用二進制表示的i中1所出現(xiàn)的最小位數(shù)。比如對于矩陣的第48個數(shù)字，48用二進制表示為00110000，在第4位以及第5位中出現(xiàn)了1，故去最小值，則OSUnMapTbl[48]=4 。也就是說，通過查這個矩陣得到的是最小的出現(xiàn)1的位數(shù)。假如對于OSRdyGrp 來說，在OSRdyGrp 等于48的情況下，意味著第四組與第五組中有任務(wù)處于就緒狀態(tài)，則通過此表可以得出最高優(yōu)先級的任務(wù)在第四組中。假如對于OSRdyTbl來 說，OSRdyTbl[4]表示第四組中每一個元素是不是處于就緒態(tài)。還是拿48來打比方，假如OSRdyTbl[4]等于48，有48用二進制表示為 00110000可得第四位與第五位中有兩個任務(wù)處于就緒態(tài)，此時查詢OSUnMapTbl[48]=4可得優(yōu)先級最高的任務(wù)處于第四位上。由此很容易理 解這兩行代碼：
y= OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
因此得到的y為最高優(yōu)先級所在的組號。X為最高優(yōu)先級所在的組中最高優(yōu)先級所在的組的組號。由于每組有8個成員，對于y組第x個來說，優(yōu)先級自然是 8*y+x 。由此得到了最高優(yōu)先級。下面的代碼不難理解。
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + x);
此外，因為這個矩陣無論在何種情況下，都是不變的，因此個人認為原μCOS-ii系統(tǒng)中定義為DT_XDATA完全沒有必要，只是增加了系統(tǒng)的開銷。因此我嘗試將此變量類型改成DT_CODE ，經(jīng)過運行TMP124的嘗試，系統(tǒng)運行幾十分鐘后仍然正常。因此得出了此處可以改進的建議。而且改進之后系統(tǒng)的占用xdata從600多字節(jié)減少到400多字節(jié)，系統(tǒng)資源占用減少很明顯。
可能編寫μCOS-ii的工程師為了提高可移植性，將OSUnMapTbl定義為DT_XDATA吧。僅僅猜測而已。
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