|
1 引言 以前在我們一般所使用的系統中，任務沒有優先級之分。應用程序是一個無限的循環，任務函數按在代碼中的順序運行，處理相應的事務。時間相關性強的任務處理使用中斷機制，但是當系統比較復雜、中斷資源有限時，中斷程序只能將處理該任務的信息條件準備好后返回。當程序按順序沒有執行到該任務時，該任務的執行必須等待，所以將會造成任務每次的執行時間間隔不定，不能及時處理緊急事務，影響系統的運行。這種情況在要求限定時間內周期性處理事務的系統中是不允許發生的，而且只由應用者編寫的復雜程序很可能會出現Bug。 嵌入式操作系統是實時操作系統，運行于特定的硬件平臺上，一般包括處理器、存儲器及外設器件和I／O端口，包括操作系統軟件，要求實時和多任務操作，用戶可以在其基礎上添加應用程序。使用嵌入式操作系統的用戶只需添加所需的任務到操作系統中即可，既節省開發時間，又提高程序的可靠性。 2 UC/OSII及其任務介紹 UC/OSII(Micro Control Operation System Two)是一種源代碼公開的嵌入式操作系統，程序絕大部分是用C語言寫的，帶有少量的匯編程序，并且有詳細的說明和示例，可移植性好、易調試，穩定性與可靠性高，功能也比較完善。UC/OSII和其他大部分的嵌入式操作系統的內核都是占先式內核，被分為最高優先級的任務一旦準備就緒，立刻就能得到CPU的控制權，可以剝奪低優先級任務的CPU使用權，處理系統最緊急的事務。 UC/OSII的任務實際是一段程序，執行特定的功能，擁有自己的代碼和堆�？臻g（保存該任務的寄存器、返回地址和臨時參數），一般都是空函數，不會返回任何值。任務執行一次后，設置延時參數OSTCBDly,表明在經過OSTCBDly個時鐘周期后再次運行，然后任務進行切換，使其他任務運行。 例如： void Task(void) { 參數定義 for(;;) { 任務執行代碼 OSTimeDly( ) 延時函數 ;清除任務就緒標志，設置延時的時鐘周期參數，調用OSSched( )進行任務調度 } } 3 UC/OSII的內核數據結構 (1) 任務控制塊OS?_TCB (2) 任務就緒表OSRdyTbl［］和OSRdyGrp 每個任務的就緒狀態標志都放入就緒表中(如圖1所示)，OSRdyTbl［ ］中的每一位為1表示相應優先級的任務處于就緒狀態，OSRdyGrp中的每一位為1，表示每8個為一組的任務中至少有1個已經就緒，值越小優先級越高。 4 UC/OSII內核的運行機制 任何計算機系統都有時鐘，他是計算機世界的時間，通過定時器的定時中斷，產生時間間隔，每個間隔是任務執行的時間周期，在一個間隔內所有應該執行的任務都應執行一次，不能因為時間間隔太小而有的任務沒有時間執行。因此，任務的多少、時間周期的確定、CPU的選擇需仔細考慮，確保在一個周期內CPU任務的運行時間所占比重不要太大。 主程序首先對系統進行初始化，給各個參數賦值，根據任務的多少來建立任務控制塊鏈表，并且首先建立一個最低優先級的空閑任務，當沒有其他任務需要運行時，對一個變量進行累加計算來計算空閑時間。任務創建函數分配的一塊內存，保存寄存器的值和該任務的代碼地址，再把堆棧的地址存入任務控制塊，從而把任務程序代碼、任務堆棧和任務控制塊聯系在一起。操作系統內核可以通過任務控制塊找到任務堆棧，從堆棧中取得任務代碼地址�；窘Y構如圖2所示。? 任務的切換發生在2個時候，第1個是當某一任務運行完畢時就調用延時函數，使自身延時一個或幾個時鐘周期，進行任務切換，運行就緒的最高優先級最高任務；第2個是每一次時鐘周期中斷后，中斷程序處理事務時，可能使一些任務運行準備就緒，然后重新整理和搜索任務就緒表，進行任務切換(如圖3所示)，選出其中的高優先級任務運行。? 嵌入式操作系統是多任務的，任務切換是其核心技術，由匯編語言編寫。任務切換函數OS_TASK_SW( )被設置成中斷函數，調用時使用的是軟件中斷指令，這樣在進入中斷程序之前，當前任務的代碼地址和狀態字就自動保存在當前任務的堆棧頂部。下面用8086的程序舉例切換函數： (1) _OS_TASK_SW(或_OSIntCtxSw)PROC FAR中斷程序。 (2) PUSH指令該指令針對_OS_TASK_SW，保存當前任務寄存器到該任務的堆棧，代碼地址已經保存。 (3) ADD SP，n該指令針對?_OSIntCtxSw，因為該函數由中斷程序調用，運行他之前曾調用一些函數，堆棧發生變化，所以需要調整，去掉前幾個函數的保存地址和參數，而代碼地址在發生中斷時就已經保存。 (4) 保存該任務的當前堆棧地址到該任務控制塊OS_TCB，即保存SS和SP。 (5) 調入已就緒最高優先級任務控制塊，取出其原來保存的任務堆棧地址，即賦值給SS和SP。 (6) POP指令恢復新任務的寄存器。 (7) IRET中斷指令返回時，CPU從堆棧頂部即SS:SP指向的位置取出以前所保存的代碼地址和狀態字，并從此地址恢復原來任務的運行。 5 程序舉例 一個最簡單的嵌入式操作系統8086程序例子：在主程序運行完畢后，各任務開始輪流執行。 6 結語 UC/OSII還有時間管理、內存分配的功能，并且使用了信號量、郵箱和信息隊列，使各任務之間可以互相通訊，協調對各種事務的管理，適用于小型的高端CPU。已經有許多公司以其為核心，進行功能擴展，從而開發自己的嵌入式操作系統，并且由于其代碼簡練，JEAN J.LABROSSE專門寫書對其講解，也可以非常好地用于教學。? |
