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狩话齐
4 years ago
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1 嵌入式系统设计与实例开发 ARM 与 µc/os-Ⅱ 北京航空航天大学智能嵌入式技术工作室 1

2 第四讲嵌入式实时操作系统分析一操作系统概述二嵌入式实时操作系统 µc/os 三嵌入式 Linux 简介四 WinCE 2

3 一操作系统的发展串行处理简单批处理系统 IBMSYS 多通道程序批处理系统分时操作系统实时操作系统 3

4 批处理操作系统工作方式 : 用户将作业交给系统操作员系统操作员将许多用户的作业组成一批作业之后输入到计算机中, 在系统中形成一个自动转接的连续的作业流启动操作系统系统自动依次执行每个作业最后由操作员将作业结果交给用户 4

5 分时操作系统工作方式 : 一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求并通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令 5

6 终端主机 6

7 分时操作系统时间片 : 操作系统将 CPU 的时间划分成若干个片段, 称为时间片操作系统以时间片为单位, 轮流为每个终端用户服务每次服务一个时间片 ( 其特点是利用人的错觉, 使人感觉不到 ) 7

8 通用操作系统分时系统与批处理系统结合原则 : 分时优先, 批处理在后前台 : 需频繁交互的作业后台 : 时间性要求不强的作业 8

9 实时操作系统主要追求目标 : 对外部请求在严格时间范围内作出反应高可靠性安全性完整性实时系统必须和先进的技术装备相结合 9

10 网络操作系统它是基于计算机网络的, 是在各种计算机操作系统上, 按网络体系结构协议标准开发的软件, 包括网络管理, 通信, 安全, 资源共享和各种网络应用目标 : 是相互通信及资源共享 10

11 分布式操作系统特征 : 1. 是一个统一的操作系统 2. 资源进一步共享 3. 透明性 : 资源共享, 分布用户并不知道, 对用户来讲是透明的 4. 自治性 : 处于分布式系统的多个主机处于平等地位, 无主从关系 5. 处理能力增强速度更快可靠性增强 11

12 嵌入式操作系统什么是嵌入式系统? 在各种设备装置或系统中, 完成特定功能的软硬件系统它们是一个大设备装置或系统中的一部分, 这个大设备装置或系统可以不是计算机通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中由于它们被嵌入在各种设备装置或系统中, 因此称为嵌入式系统 12

13 13

14 典型嵌入式操作系统的特性完成某一项或有限项功能 ; 不是通用型的在性能和实时性方面有严格的限制能源成本和可靠性通常是影响设计的重要因素占有资源少易于连接系统功能可针对需求进行裁剪调整和生成以便满足最终产品的设计要求 14

15 二嵌入式实时操作系统 µc/os µc/os 简介内核结构任务间通信 µc/os 的移植 15

16 RTOS 是 32 位的嵌入式 CPU 的软件基础 RTOS 内核提供 CPU 的管理硬件初时化,MMU, 定时器, 中断 RTOS 内核提供任务, 内存管理 RTOS 提供设备管理, 文件和网络的支持 RTOS 提供 C/C++,JAVA, 图形模块等编程接口 16

17 µc/os 简介 1 µc/os micro O S, 微控制器操作系统 2 µc/os 简介美国人 Jean Labrosse 1992 年完成应用面覆盖了诸多领域, 如照相机医疗器械音响设备发动机控制高速公路电话系统自动提款机等 1998 年 µc/os-ii, 目前的版本 µc/os -II V 年, 得到美国航空管理局 (FAA) 的认证, 可以用于飞行器中网站 17

18 µc/os 的性能特点 ( 一 ) 公开源代码可移植性 (Portable) 绝大部分 µ C/OS-II 的源码是用移植性很强的 ANSI C 写的和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的汇编语言写的部分已经压到最低限度, 使得 µ C/OS-II 便于移植到其他微处理器上 µ C/OS-II 可以在绝大多数 8 位 16 位 32 位以至 64 位微处理器微控制器数字信号处理器 (DSP) 上运行可固化 (ROMable) µ C/OS-II 是为嵌入式应用而设计的, 这就意味着, 只要读者有固化手段 (C 编译连接下载和固化 ), µ C/OS-II 可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分可裁剪 (Scalable) 可以只使用 µ C/OS-II 中应用程序需要的那些系统服务也就是说某产品可以只使用很少几个 µ C/OS-II 调用, 而另一个产品则使用了几乎所有 µ C/OS-II 的功能, 这样可以减少产品中的 µ C/OS-II 所需的存储器空间 (RAM 和 ROM) 这种可剪裁性是靠条件编译实现的 18

19 µc/os 的性能特点 ( 二 ) 占先式 (Preemptive) 多任务 µc/os-ii 可以管理 64 个任务, 然而, 目前这一版本保留 8 个给系统应用程序最多可以有 56 个任务可确定性全部 µ C/OS-II 的函数调用与服务的执行时间具有可确定性任务栈每个任务有自己单独的栈, µ C/OS-II 允许每个任务有不同的栈空间, 以便压低应用程序对 RAM 的需求系统服务 µc/os-ii 提供很多系统服务, 例如邮箱消息队列信号量块大小固定的内存的申请与释放时间相关函数等中断管理中断可以使正在执行的任务暂时挂起, 如果优先级更高的任务被该中断唤醒, 则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行, 中断嵌套层数可达 255 层稳定性与可靠性 19

20 µc/os-ii 图书描述了 µc/os-ii 内部的工作原理随书的 CD 中包含了源代码工业界最清晰的源代码除英文版外, 有中文和韩文版 English ISBN 美国 CMP BOOK Chinese ISBN 北京航空航天大学出版社 Korean ISBN

21 µc/os-ii 的各种商业应用全世界有数百种产品在应用 : Avionics Medical Cell phones Routers and switches High-end audio equipment Washing machines and dryers UPS (Uninterruptible Power Supplies) Industrial controllers GPS Navigation Systems Microwave Radios Instrumentation Point-of-sale terminals 更多 21

22 µc/os-ii 提供的系统服务信号量带互斥机制的信号量减少优先级倒置的问题事件标志消息信箱消息队列内存管理时钟管理任务管理 22

23 µc/gui and µc/fs µc/gui 嵌入式的用户界面用 ANSI C 书写支持任何 8, 16, 32-bits CPU 彩色, 灰度, 等级或黑白显示代码尺寸小 µc/fs 嵌入式的文件系统 Written in ANSI C 用 ANSI C 书写支持任何 8, 16, 32-bits CPU 支持 SMC, MMC, SD, CF, IDE, Flash, RAM 其他介质 23

24 µc/os-ii 的文件结构 24

25 µc/os-ii 的内核结构内核结构任务管理时间管理任务之间通信与同步 µc/os 的移植 25

26 任务 task 典型的任务一个无限循环 void mytask(void *pdata) { } for (;;) { do something; waiting; do something; } µc/os II 2.5 版本支持 64 个任务, 每个任务一个特定的优先级优先级越高, 数字越小系统占用了 8 个任务, 保留优先级为 OS_LOWEST_PRIO-3 OS_LOWEST_PRIO-2 OS_LOWEST_PRIO-1 OS_LOWEST_PRIO-0 26

27 Task Structure Task code Argument is pointer to void allows application to pass almost any kind of data One or more calls from this list Task code 27

28 Alternate Structure 28

29 收到消息挂起时间到等待消息挂起任务状态删除任务等待或挂起创建任务任务调度中断休眠删除任务就绪任务被占先运行中断结束中断服务删除任务 29

30 建立任务 Use one of two services OS TaskCreate() OSTaskCreateExt () 30

31 分配给任务的优先级任务代码指针 check 任务参数指针分配任务堆栈的栈顶指针 Set pointer if level is free Set up task stack Initialize TCB If called from a task Option to extend functionality 31

32 As before 32

33 任务控制块 (TCB) 任务控制块 OS_TCB 是一个数据结构, 保存该任务的相关参数, 包括任务堆栈指针, 状态, 优先级, 任务表位置, 任务链表指针等所有的任务控制块分为两条链表, 空闲链表和使用链表 33

34 任务控制块结构 Struct os_tcb { OS_STK *OSTCBStkPtr; struct os_tcb *OSTCBNext; struct os_tcb *OSTCBprev; 事件控制块的指针 OS_EVENT *OSTCBEventPtr; void *OSTCBMsg; INT16U OSTCBDly; INT8U OSTCBStat; 任务的状态字 INT8U OSTCBPrio; INT8U OSTCBX, OSTCBY, OSTCBBitX, OSTCBBitY; } OS_TCB 加速任务进入就绪态的过程 34

35 空任务列表所有的任务控制块都被放置在任务控制块列表数组 OSTCBTbl[] 中, 系统初始化时, 所有任务控制块被链接成空任务控制块的单向链表, 任务建立后, 空任务控制块指针 OSTCBFreeList 指向的任务控制块就赋给了该任务, 然后 OSTCBFreeList 的值调整为指向链表中的下一个空任务控制块 35

36 任务控制块初始化函数 INT8U OS_TCBInit ( INT8U prio, OS_STK *ptos, OS_STK *pbos, INT16U id, INT32U stk_size, void *pext, INT16U opt ) { } 36

37 任务级的任务调度 --OSSched µc/os 是占先式实时多任务内核, 优先级最高的任务一旦准备就绪, 则拥有 CPU 的所有权开始投入运行 µc/os 中不支持时间片轮转法, 每个任务的优先级要求不一样且是唯一的, 所以任务调度的工作就是 : 查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换 µc/os 任务调度所花的时间为常数, 与应用程序中建立的任务数无关 37

38 根据优先级找到任务在就绪任务表中的位置每个就绪的任务都放入就绪表中 (ready list) 中, 就绪表有两个变量 :OSRdyGrp OSRdyTbl[] OSRdyGrp [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] OSRdyTbl[7] 优先级最高任务 X Y 任务优先级 0 0 Y Y Y X X X 优先级最低任务 ( 空闲任务 ) 任务优先级号 38

39 根据优先级确定就绪表 (1) 假设优先级为 12 的任务进入就绪状态,12=1100b, 则 OSRdyTbl[1] 的第 4 位置 1, 且 OSRdyGrp 的第 1 位置 1, 相应的数学表达式为 : OSRdyGrp =0x02; OSRdyTbl[1] =0x10; 而优先级为 21 的任务就绪 21=10 101b, 则 OSRdyTbl[2] 的第 5 位置 1, 且 OSRdyGrp 的第 2 位置 1, 相应的数学表达式为 : OSRdyGrp =0x04; OSRdyTbl[2] =0x20; 39

40 根据优先级确定就绪表 (2) 从上面的计算我们可以得到 : 若 OSRdyGrp 及 OSRdyBbl[] 的第 n 位置 1, 则应该把 OSRdyGrp 及 OSRdyBbl[] 的值与 2 n 相或 uc/os 中, 把 2 n 的 n=0-7 的 8 个值先计算好存在数组 OSMapTbl[7] 中, 也就是 : OSMapTbl[0] =2 0 =0x01( ) OSMapTbl[1] =2 1 =0x02( ) OSMapTbl[7] =2 7 =0x80( ) 40

41 使任务进入就绪态如果 prio 是任务是优先级, 也是任务的识别号, 则将任务放入就绪表, 即使任务进入就绪态的方法是 : OSRdyGrp =OSMapTbl[prio>>3]; OSRdyTbl[prio>>3] =OSMapTbl[prio & 0x07]; 假设优先级为 b OSRdyGrp =0x02; OSRdyTbl[1] =0x10; 41

42 使任务脱离就绪态将任务就绪表 OSRdyTbl[prio>>3] 相应元素的相应位清零, 而且当 OSRdyTbl[prio>>3] 中的所有位都为零时, 即全组任务中没有一个进入就绪态时,OSRdyGrp 的相应位才为零 If((OSRdyTbl[prio>>3]&= OSMapTbl[prio & 0x07])==0); OSRdyGrp&=OSMapTbl[prio>>3]; 42

43 根据就绪表确定最高优先级两个关键 : 优先级数分解为高三位和低三位分别确定 ; 高优先级有着小的优先级号 ; 43

44 根据就绪表确定最高优先级通过 OSRdyGrp 值确定高 3 位, 假设为 0x24= b, --- 对应 OSRdyTbl[2] 和 OSRdyTbl[5], 高优先级为 2 通过 OSRdyTbl[2] 的值来确定低 3 位, 假设为 0x12= b,--- 第 2 个和第 5 个任务, 取高优先级为 2, 则最高优先级的任务为 17 OSRdyGrp [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] OSRdyTbl[7] X Y 任务优先级

45 源代码中使用了查表法查表法具有确定的时间, 增加了系统的可预测性,uC/OS 中所有的系统调用时间都是确定的 High3 =OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; Low3 =OSUnMapTbl[OSRdyTbl[High3]]; Prio OSRdyGrp =(Hign3<<3)+Low3; [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] OSRdyTbl[7] X Y 任务优先级 0 0 Y Y Y X X X 45

46 优先级判定表 OSUnMapTbl[256] INT8U const 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 }; 举例 : 如 OSRdyGrp 的值为 B, 即 0X68, 则查得 OSUnMapTbl[OSRdyGrp] 的值是 3, 它相应于 OSRdyGrp 中的第 3 位置 1; 如 OSRdyTbl[3] 的值是 B, 即 0XE4, 则查 OSUnMapTbl[OSRdyTbl[3]] 的值是 2, 则进入就绪态的最高任务优先级 Prio=3*8+2=26 46

47 Task scheduler 检查是否中断调用和允许任务调用找到优先级最高的任务该任务是否正在运行 47

48 任务切换将被挂起的任务寄存器入栈将较高优先级任务的寄存器出栈 48

49 任务级的任务切换 OS_TASK_SW() OS_TASK_SW() 是宏调用, 含有微处理器的软中断指令 OS_TASK_SW() 将处理器相关的软件中断机制封装起来, 便于操作系统移植 49

50 调用 OS_TASK_SW() 前的数据结构低优先级任务 OS_TCB 高优先级任务 OS_TCB OSTCBCur (1) OSTCBHighRdy (3) 堆栈方向存贮器低地址 (2) CPU SP R1 R2 R3 R4 PC PSW (5) 存贮器低地址 R4 R3 R2 R1 PC PSW (4) 存贮器高地址存贮器高地址 50

51 保存当前 CPU 寄存器的值 OSTCBCur 低优先级任务 OS_TCB OSTCBHighRdy (3) 高优先级任务 OS_TCB 堆栈方向 (3) 存贮器低地址存贮器低地址 CPU R4 R3 R2 R1 PC PSW (2) (1) SP R1 R2 R3 R4 PC PSW (5) R4 R3 R2 R1 PC PSW (4) 存贮器高地址存贮器高地址 51

52 重新装入要运行的任务低优先级任务 OS_TCB 高优先级任务 OS_TCB OSTCBCur OSTCBHighRdy OSTCBCur (1) (2) (3) 存贮器低地址 CPU 存贮器低地址堆栈方向 R4 R3 R2 R1 PC PSW (1) SP R1 R2 R3 R4 PC PSW (4) (3) R4 R3 R2 R1 PC PSW (4) 存贮器高地址 (4) 存贮器高地址 52

53 任务切换 OS_TASK_SW() 的代码 Void OSCtxSw(void) { 将 R1,R2,R3 及 R4 推入当前堆栈 ; OSTCBCur OSTCBStkPtr = SP; OSTCBCur = OSTCBHighRdy; SP = OSTCBHighRdy OSTCBSTKPtr; 将 R4,R3,R2 及 R1 从新堆栈中弹出 ; 执行中断返回指令 ; } 53

54 µc/os-ii 中的中断中断 : 由于某种事件的发生, 而导致程序流程的改变产生中断的事件称为中断源 CPU 响应中断的条件 : 至少有一个中断源向 CPU 发出中断信号 ; 系统允许中断, 且对此中断信号未予屏蔽中断类型 : 硬件中断外部中断陷井中断现场控制量的中断 54

55 µc/os-ii 中的中断服务子程序用户中断服务子程序 : 保存全部 CPU 寄存器 ; 调用 OSIntEnter() 或 OSIntNesting 直接加 1; if(osintnesting==1){ OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SP; } 清中断源 ; 重新开中断 ; 执行用户代码做中断服务 ; 调用 OSIntExit(); 恢复所有 CPU 寄存器 ; 执行中断返回指令 ; 55

56 56

57 57

58 Search for highest priority similar to scheduler Half context switch is done by interrupt response i.e. registers saved 58

59 中断与时钟节拍时钟节拍 ( 时钟滴答 )Tick, 是一种定时器中断, 可通过编程方式实现时钟节拍是一种特殊的中断, 操作系统的心脏首先 32 位的整数 OSTime 加一对任务列表进行扫描, 判断是否有延时任务应该处于准备就绪状态, 最后进行上下文切换 59

60 时钟节拍中断服务子程序 Void OSTickISR(void) { } 保存处理器寄存器的值 ; 调用 OSIntEnter(), 或是将 OSIntNesting 加 1 if(osintnesting==1){ OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SP; } 调用 OSTimeTick(); 清发出中断设备的中断 ; 重新允许中断 ( 可选用 ) 调用 OSIntExit(); 恢复处理器寄存器的值 ; 执行中断返回指令 ; 60

61 时钟节拍函数 void OSTimeTick (void) { OS_TCB *ptcb; ptcb = OSTCBList; ---OSTCB 链表指针 while (ptcb->ostcbprio!= OS_IDLE_PRIO) { 看是不是空闲任务, 空闲任务是最后的任务 if (ptcb->ostcbdly!= 0) { 是否延时 if (--ptcb->ostcbdly == 0) { 延时减一, 看是否延时结束 if (!(ptcb->ostcbstat & OS_STAT_SUSPEND)) { } OSRdyGrp = ptcb->ostcbbity; 是的话将其列入准备就绪表 OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] = ptcb->ostcbbitx; } else {ptcb->ostcbdly = 1; } } } ptcb = ptcb->ostcbnext; 指针指向下一个 TCB 结构 } OSTime++; 变量加一, 记录系统启动以来的时钟滴答数 61

62 时间管理 Five services: OSTimeDLY() OSTimeDLYHMSM() OSTimeDlyResmue() OStimeGet() OSTimeSet() 62

63 OSTimeDly( ) Store number of ticks 63

64 Jitter 64

65 OSTimeDlyHMSM( ) 65

66 任务间通信手段 µc/os 中, 采用多种方法保护任务之间的共享数据和提供任务之间的通信提供 OS_ENTER_CRITICAL 和 OS_EXIT_CRITICAL 来对临界资源进行保护 OSSchedLock( ) 禁止调度保护任务级的共享资源提供了经典操作系统任务间通信方法 : 信号量邮箱消息队列, 事件标志 66

67 事件控制块 ECB 所有的通信信号都被看成是事件 (event), 一个称为事件控制块 (ECB, Event Control Block) 的数据结构来表征每一个具体事件,ECB 的结构如下程序 4.5 ECB 的结构如下 typedef struct { void *OSEventPtr; /* 指向消息或消息队列的指针 */ INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]; /* 等待任务列表 */ INT16U OSEventCnt; /* 计数器 ( 当事件是信号量时 )*/ INT8U OSEventType; /* 事件类型 : 信号量邮箱等 */ INT8U OSEventGrp; /* 等待任务组 */ } OS_EVENT; 与 TCB 类似的结构, 使用两个链表, 空闲链表与使用链表 67

68 事件控制块 TCB 的操作对事件控制器进行的操作包括初始化一个事件控制块 OS_EventWaitListInit(); 使一个任务进入就绪态 OS_EventTaskRdy(); 使一个任务进入等待某事件的状态 OS_EventTaskWait(); 因为等待超时而使一个任务进入就绪态 OS_EventTO() 68

69 信号量 semaphore 信号量在多任务系统中用于 : 控制共享资源的使用权标志事件的发生使两个任务的行为同步 uc/os 中信号量由两部分组成 : 信号量的计数值和等待该信号任务的等待任务表信号量的计数值可以为二进制, 也可以是其他整数系统通过 OSSemPend( ) 和 OSSemPost( ) 来支持信号量的两种原子操作 P() 和 V() P() 操作减少信号量的值, 如果新的信号量的值不大于 0, 则操作阻塞 ;V() 操作增加信号量的值 69

70 多任务的启动首先创建任务最后调用 OSStart 开始多任务调度 void main( ) { OSInit( );.. OSTaskcreat( ).. OSStart(); } 70

71 任务的格式每个任务不能占用全部 CPU 的资源需要有等待, 或延时等系统调用典型的一个无限循环 void mytask(void *pdata) { for (;;) { do something; waiting; do something; } } 71

72 任务调度 For example1 创建 2 个任务, 每个任务仅仅是进行延时, 延时不同的时间片, 不同优先级 void Task1(void) void Task2(void) { { while(1) while(1) { { blinkled1(); Task1Data++; blinkled2(); Task2Data++; OSTimeDly(25); OSTimeDly(50); } } } } 72

73 void main() { sysinit(); OSInit (); OSTaskCreate ( Task1, (void *)&Task1Data, (void *)&Task1Stk[TASK_STK_SIZE],Task1prio); OSTaskCreate (Task2, (void *)&Task2Data, (void *)&Task2Stk[TASK_STK_SIZE],Task2prio); ticker_start(os_ticks_per_sec); OSStart(); } 73

74 void OSStart (void) { } } INT8U y, x; if (OSRunning == FALSE) { 判断是否没有启动内核 y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]; OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + x); 找到优先级最高的准备就绪任务 OSPrioCur = OSPrioHighRdy; 当前运行任务优先级 OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; 根据任务优先级找到任务 OSTCBCur = OSTCBHighRdy; OSStartHighRdy(); 让优先级最高的任务运行起来 74

75 void OSSched (void) { INT8U y; OS_ENTER_CRITICAL(); if ((OSLockNesting OSIntNesting) == 0) { 调度锁, 或者处于中断状态禁止调度 y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]); 获取准备就绪组里最高优先级的任务 if (OSPrioHighRdy!= OSPrioCur) { OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; 设置运行任务为最高优先级任务 OSCtxSwCtr++; OS_TASK_SW(); 执行上下文切换 } } OS_EXIT_CRITICAL(); } 75

76 操作系统的启动和运行过程嵌入式控制器硬件初始化启动多任务调度操作系统初始化初始化用户界面时钟主任务任务 1 任务 n LCD 初始化创建任务用户程序装载字库调用系统配置文件消息处理 76

77 总结不存在一个内核任务 / 实体, 内核的管理是通过调用系统函数来实现的每个任务有自己的堆栈空间内核对任务的占先式调度不会干扰每个任务的总的运行结果 77

78 µcos-ii 在 ARM7 上的移植所谓移植, 是指使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上运行 µcos-ii 的主要代码都是由标准的 C 语言写成的, 移植方便 78

79 移植 µcos-ii 满足的条件处理器的 C 编译器能产生可重入代码在程序中可以打开或者关闭中断处理器支持中断, 并且能产生定时中断 ( 通常在 Hz 之间 ) 处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈处理器有将堆栈指针和其他 CPU 寄存器存储和读出到堆栈 ( 或者内存 ) 的指令 79

80 80

81 打开 / 关闭中断在 µcos-ii 中, 可以通过 : OS_ENTER_CRITICAL () OS_EXIT_CRITICAL() 宏来控制系统关闭或者打开中断这需要处理器的支持在 ARM7TDMI 的处理器上, 可以设置相应的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断 81

82 处理器支持中断并且能产生定时中断 µcos-ii 是通过处理器产生的定时器的中断来实现多任务之间的调度的 ARM7TDMI 的处理器上可以产生定时器中断 82

83 处理器支持硬件堆栈 µcos-ii 进行任务调度的时候, 会把当前任务的 CPU 寄存器存放到此任务的堆栈中, 然后, 再从另一个任务的堆栈中恢复原来的工作寄存器, 继续运行另一个任务所以, 寄存器的入栈和出栈是 µcos-ii 多任务调度的基础 ARM7 处理器中有专门的指令处理堆栈, 可以灵活的使用堆栈 83

84 例 :µc/os-ii 在 S3C44B0X 上的移植设置 OS_CPU.H 中与处理器和编译器相关的代码用 C 语言编写六个操作系统相关的函数 (OS_CPU_C.C) 用汇编语言编写四个与处理器相关的函数 (OS_CPU.ASM) 84

85 设置与处理器和编译器相关的代码 OS_CPU.H 中定义了与编译器相关的数据类型比如 :INT8U INT8S 等与 ARM 处理器相关的代码, 使用 OS_ENTER_CRITICAL() 和 OS_EXIT_CRITICAL() 宏开启 / 关闭中断设置堆栈的增长方向 : 堆栈由高地址向低地址增长 85

86 用 C 语言编写六个操作系统相关的函数 void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd),void *pdata, void *ptos, INT16U opt) void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb) void OSTaskDelHook (OS_TCB *ptcb) void OSTaskSwHook (void) void OSTaskStatHook (void) void OSTimeTickHook (void) 后 5 个函数为接口函数, 可以不加代码 86

87 堆栈初始化低地址内存堆栈指针存储的处理器寄存器值中断返回地址处理器状态字堆栈增长方向任务起始地址 pdata 高地址内存 87

88 用汇编语言编写四个与处理器相关的函数 OSStartHighRdy() OSCtxSw() OSIntCtxSw() OSTickISR() 88

89 关于移植相对于其他的嵌入式操作系统,uCOS-II 的移植虽然是一个很简单的过程, 但是, 对于不熟悉 ucos-ii 的开发者, 移植还是有一定难度的 89

90 移植要点定义函数 OS_ENTER_CRITICAL 和 OS_ENTER_CRITICAL 定义函数 OS_TASK_SW 执行任务切换定义函数 OSCtxSw 实现用户级上下文切换, 用纯汇编实现定义函数 OSIntCtxSw 实现中断级任务切换, 用纯汇编实现定义函数 OSTickISR 定义 OSTaskStkInit 来初始化任务的堆栈 90

91 uc/os 的完善固定的基于优先级的调度, 不支持时间片, 使用起来不方便一个任务的基础上增加一个基于时间片的微型调度核系统时钟中断, 没有提供用户使用定时器, 可以借鉴 linux 的定时器加以修改在对临界资源的访问上使用关闭中断实现, 没有使用 CPU 提供的硬件指令, 例如测试并置位只是一个实时多任务内核, 没有图形用户接口 (GUI) 文件系统 (FS) 和 TCP/IP 协议栈 91

92 谢谢各位 92

uc/os 1

uc/os 1 uc/os 1 uc/os-ii Source Code ANSI C, uc/os-ii 8/16/32 bits microprocessor Preemptive real-time Task 64 Stack Size ROMable (C compiler, assembler and linker/locator) uc/os-ii Mailboxes, Queues, Semaphores,