Ⅰ 为什么说操作系统ucos是实时的ucos是多任务的
白话一点解释一下,希望纳大能帮助你:
实时:指OS能够满足用户根据需求所设计的切换时机和切换延时的要求。任意时刻,你希望你的系统里嫌茄模,哪一个事务最应该被优先处理?如果ucOS能满足你的要求(通过你对任务的合理设计),那么就可以说他是实时的OS。
使用ucOS构建系统时,你的所有用户事务(需要做的事情)可以被划分到多个任务里,ucOS可以根据你的实际设计,按优先级调度他们(协调该先执行哪一个任务,并立即执行),芹缓这就可以说,ucOS是多任务了。
Ⅱ 嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统ucos ii的分析2010年01月06日 星期三 上午 01:15摘要:近年来,在单片机系统中嵌入操作系统已经成为人们越来越关心的一个话题。本文通过对一种源码公开的嵌入式实时操作系统ucos ii的分析,以51系列单片机为例,阐述了在单片机中使用该嵌入式操作系统的优缺点,以及在应用中应当注意的一些问题。
关键词:实时操作系统;ucos ii;单片机
引言
早在20世纪60年代,就已经有人开始研究和开发嵌入式操作系统。但直到最近,它才在国内被越来越多的提及,在通信、电子、自动化等需要实时处理的领域所曰益显现的重要性吸引了人们越来越多的注意力。但是,人们所谈论的往往是一些着名的商业内核,诸如VxWorks、PSOS等。这些商业内核性能优越,但价格昂贵,主要用于16位和32位处理器中,针对国内大部分用户使用的51系列8位单片机,可以选择免费的ucos ii。
ucos ii的特点
1.ucos ii是由Labrosse先生编写的一个开放式内核,最主要的特点就是源码公开。这一点对于用户来说可谓利弊各半,好处在于,一方面它是免费的,另一方面用户可以根据自己的需要对它进行修改。缺点在于它缺乏必要的支持,没有功能强大的软件包,用户通常需要自己编写驱动程序,特别是如果用户使用的是不太常用的单片机,还必须自己编写移植程序。
2.ucos ii是一个占先式的内核,即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权。这个特点使得它的实时性比非占先式的内核要好。通常我们都是在中断服务程序中使高优先级任务进入就绪态(例如发信号),这样退出中断服务程序后,将进行任务切换,高优先级任务将被执行。拿51单片机为例,比较一下就可以发现这样做的好处。假如需要用中断方式采集一批数据并进行处理,在传统的编程方法中不能在中断服务程序中进行复杂的数据处理,因为这会使得关中断时间过长。所以经常采用的方法是置一标志位,然后退出中断。由于主程序是循环执行的,所以它总有机会检测到这一标志并转到数据处理程序中去。但是因为无法确定发生中断时程序到底执行到了什么地方,也就无法判断要经过多长时间数据处理程序才会执行,中断响应时间无法确定,系统的实时性不强。如果使用μC/OS-II的话,只要把数据处理程序的优先级设定得高一些,并在中断服务程序中使它进入就绪态,中断结束后数据处理程序就会被立即执行。这样可以把中断响应时间限制在一定的范围内。对于一些对中断响应时间有严格要求的系统,这是必不可少的。但应该指出的是如果数据处理程序简单,这样做就未必合适。因为ucos ii要求在中断服务程序末尾使用OSINTEXIT函数以判断是否进行任务切换,这需要花费一定的时间。
3.ucos ii和大家所熟知的Linux等分时操作系统不同,它不支持时间片轮转法。ucos ii是一个基于优先级的实时操作系统,每个任务的优先级必须不同,分析它的源码会发现,ucos ii把任务的优先级当做任务的标识来使用,如果优先级相同,任务将无法区分。进入就绪态的优先级最高的任务首先得到CPU的使用权,只有等它交出CPU的使用权后,其他任务才可以被执行。所以它只能说是多任务,不能说是多进程,至少不是我们所熟悉的那种多进程。显而易见,如果只考虑实时性,它当然比分时系统好,它可以保证重要任务总是优先占有CPU。但是在系统中,重要任务毕竟是有限的,这就使得划分其他任务的优先权变成了一个让人费神的问题。另外,有些任务交替执行反而对用户更有利。例如,用单片机控制两小块显示屏时,无论是编程者还是使用者肯定希望它们同时工作,而不是显示完一块显示屏的信息以后再显示另一块显示屏的信息。这时候,要是ucos ii即支持优先级法又支持时间片轮转法就更合适了。
4.ucos ii对共享资源提供了保护机制。正如上文所提到的,ucos ii是一个支持多任务的操作系统。一个完整的程序可以划分成几个任务,不同的任务执行不同的功能。这样,一个任务就相当于模块化设计中的一个子模块。在任务中添加代码时,只要不是共享资源就不必担心互相之间有影响。而对于共享资源(比如串口),ucos ii也提供了很好的解决办法。一般情况下使用的是信号量的方法。简单地说,先创建一个信号量并对它进行初始化。当一个任务需要使用一个共享资源时,它必须先申请得到这个信号量,而一旦得到了此信号量,那就只有等使用完了该资源,信号量才会被释放。在这个过程中即使有优先权更高的任务进入了就绪态,因为无法得到此信号量,也不能使用该资源。这个特点的好处显而易见,例如当显示屏正在显示信息的时候,外部产生了一个中断,而在中断服务程序中需要显示屏显示其他信息。这样,退出中断服务程序后,原有的信息就可能被破坏了。而在μC/OS-II中采用信号量的方法时,只有显示屏把原有信息显示完毕后才可以显示新信息,从而可以避免这个现象。不过,采用这种方法是以牺牲系统的实时性为代价的。如果显示原有信息需要耗费大量时间,系统只好等待。从结果上看,等于延长了中断响应时间,这对于未显示信息是报警信息的情况,无疑是致命的。发生这种情况,在μC/OS-II中称为优先级反转,就是高优先级任务必须等待低优先级任务的完成。在上述情况下,在两个任务之间发生优先级反转是无法避免的。所以在使用ucos ii时,必须对所开发的系统了解清楚,才能决定对于某种共享资源是否使用信号量。
ucos ii在单片机使用中的一些特点
1.在单片机系统中嵌入ucos ii将增强系统的可靠性,并使得调试程序变得简单。以往传统的单片机开发工作中经常遇到程序跑飞或是陷入死循环。可以用看门狗解决程序跑飞问题,而对于后一种情况,尤其是其中牵扯到复杂数学计算的话,只有设置断点,耗费大量时间来慢慢分析。如果在系统中嵌入 ucos ii的话,事情就简单多了。可以把整个程序分成许多任务,每个任务相对独立,然后在每个任务中设置超时函数,时间用完以后,任务必须交出 CPU的使用权。即使一个任务发生问题,也不会影响其他任务的运行。这样既提高了系统的可靠性,同时也使得调试程序变得容易。
2.在单片机系统中嵌入ucos ii将增加系统的开销。现在所使用的51单片机,一般是指87C51或者89C51,其片内都带有一定的RAM和 ROM。对于一些简单的程序,如果采用传统的编程方法,已经不需要外扩存储器了。如果在其中嵌入ucos ii的话,在只需要使用任务调度、任务切换、信号量处理、延时或超时服务的情况下,也不需要外扩ROM了,但是外扩RAM是必须的。由于ucos ii是可裁减的操作系统,其所需要的RAM大小就取决于操作系统功能的多少。举例来说,μC/OS-II允许用户定义最大任务数。由于每建立一个任务,都要产生一个与之相对应的数据结构TCB,该数据结构要占用很大一部分内存空间。所以在定义最大任务数时,一定要考虑实际情况的需要。如果定得过大,势必会造成不必要的浪费。嵌入ucos ii以后,总的RAM需求可以由如下表达式得出:
RAM总需求=应用程序的RAM需求+内核数据区的RAM需求+(任务栈需求+最大中断嵌套栈需求)·任务数
所幸的是,μC/OS-II可以对每个任务分别定义堆栈空间的大小,开发人员可根据任务的实际需求来进行栈空间的分配。但在RAM容量有限的情况下,还是应该注意一下对大型数组、数据结构和函数的使用,别忘了,函数的形参也是要推入堆栈的。
3.ucos ii的移植也是一件需要值得注意的工作。如果没有现成的移植实例的话,就必须自己来编写移植代码。虽然只需要改动两个文件,但仍需要对相应的微处理器比较熟悉才行,最好参照已有的移植实例。另外,即使有移植实例,在编程前最好也要阅读一下,因为里面牵扯到堆栈操作。在编写中断服务程序时,把寄存器推入堆栈的顺序必须与移植代码中的顺序相对应。
4.和其他一些着名的嵌入式操作系统不同,ucos ii在单片机系统中的启动过程比较简单,不像有些操作系统那样,需要把内核编译成一个映像文件写入ROM中,上电复位后,再从ROM中把文件加载到RAM中去,然后再运行应用程序。ucos ii的内核是和应用程序放在一起编译成一个文件的,使用者只需要把这个文件转换成HEX格式,写入ROM中就可以了,上电后,会像普通的单片机程序一样运行。
结语
由以上介绍可以看出,ucos ii具有免费、使用简单、可靠性高、实时性好等优点,但也有移植困难、缺乏必要的技术支持等缺点,尤其不像商用嵌入式系统那样得到广泛使用和持续的研究更新。但开放性又使得开发人员可以自行裁减和添加所需的功能,在许多应用领域发挥着独特的作用。当然,是否在单片机系统中嵌入ucos ii应视所开发的项目而定,对于一些简单的、低成本的项目来说,就没必要使用嵌入式操作系统了。
Ⅲ ucos-ii是怎样移植到Keil C上的
在移植的时候 尽量保证得到的源代码改动最少
并且调试方便 而且目录结构分类清晰
网上的各明滚个项目都有如下特点:
1:一来就吭哧吭哧修改头文件,每个文件都#include "includes.h"
2: ucos和其他文件 或者放在一个文件夹 或者在项目里面不管3721都加上
跳来跳去头都是大的 而且调试的时候出些莫名其妙的问题:比如贺扮
设不了断点 或者调试无法进入c文件等等
我的设想:前提 得到ucos2.84
1: 改动尽量少 即不按常规修改里面的#include "includes.h"等
ucos说放哪里我们就放哪里
2: 项目结构和文件存放结构合理,该有的有 不该有的就没有
3: 调试时编译器不会出现怪问题
4: 文档尽量清楚 每处和每步小小的修改都要说明
建议最开始看完 杨屹 大虾的文章
[里面的os_cfg_r.h->改成os_cfg.h] 至此,是ucos里面的[第一处修改]
1: 建立项目文件 拷贝原始文件 整理文件夹
目录如下:
FirstVersion: 根目录 project.uv就放下面
-ucos : 拷贝ucos2.83源代码和os_cpu_a.a51 等凡是ucos相关的到下面 去掉只读和存档属性 自己加一个app_cfg.h(ucos2.83增
加的) 里面内容是#include <reg51.h>嘿嘿
-output:
项目设置:
-SourceGroup
->STARTUP.A51 main.c
--ucos
->os_task.c os_core.c
2: 设置
1: Target1 -> options->output和Listing里面点"Select Folder for Objects" 改为\output
2: Target1->options -> C51和A51里面的 Include Paths->加入ucos
4: Target1 -> options->Target的MemoryModel和CodeRomSize都用Large
编译: 有四个警告 'OSIntCtxSw': missing function-prototype
'OSStartHighRdy': missing function-prototype
'OSCtxSw': missing function-prototype
UCOS\OS_CORE.C(1356): warning C275: expression with possibly no effect
第四个警告是由于OS_TaskIdle()里面
(void)p_arg; /* Prevent compiler warning for not using 'parg' */
没有起到作用 改成p_arg = p_arg;即可。 至此,是在ucos里面的[第二处修改]
3:加入 OS_CPU_C.C 不要问这个文件哪里来的 地球人都知道
在不管它通不通前 还有修改
1: 最前面保持跟其他.c文件一致 加入
#ifndef OS_MASTER_FILE
#include <ucos_ii.h>
#endif
2:加入若干个激拍余函数的函数体 大体都是带"hook"的, 这些个函数只在ucos_ii.h有个声明,但由于只有头文件有定义没有函数体 ,keil会
把它编译成LJMP STARTUP1的语句。知道有什么后果了吧
注意#if的条件头文件和c文件要一致
在这里感觉ucos是不是搞了点”技术处理“?反正n个函数头文件和c文件的#if条件不一致
一不小心会造成LJMP STARTUP1! 注意把os_core.c ucos_ii.h和os_cpu_c里面都要改完
至此,是在ucos里面的[第三处修改] 要改的地方还不少
//in ucos_ii.h
#if OS_CPU_HOOKS_EN
void OSInitHookBegin (void);
void OSInitHookEnd (void);
void OSTCBInitHook (OS_TCB *ptcb);
void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb);
void OSTaskDelHook (OS_TCB *ptcb);
void OSTaskStatHook (void);
void OSTaskIdleHook (void);
#endif
#if OS_TASK_SW_HOOK_EN
void OSTaskSwHook (void);
#endif
#if OS_TIME_TICK_HOOK_EN
void OSTimeTickHook (void);
#endif
4: 现在开始改OS_CPU_C.C里面的函数
将OSTaskStkInit()改成跟ucos_ii.h里面一样。具体就是原来里面yy大虾的函数是
void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *ppdata, void *ptos, INT16U opt)
总之网上各个版本都是ppdata..呵呵 。ucos2.83里面用的是p_arg.我们把它修改成
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg) ,
void *p_arg,
OS_STK *ptos,
INT16U opt)
编译能通过 先不管运行起来对不对
5: 在ucos组里面加入os_cpu_a.a51 不要问这个文件哪里来的 地球人都知道
编译 会出现错误: *** ERROR L102: EXTERNAL ATTRIBUTE MISMATCH
这是因为os_cpu_a.a51里面
EXTRN IDATA (OSTCBHighRdy)
EXTRN IDATA (OSRunning)
EXTRN IDATA (OSPrioCur)
EXTRN IDATA (OSPrioHighRdy)
对引用的外部变量作了idata的定义,而ucos_ii.h里面没有
在这里 os_cpu.h里面 先增加一个#define DATATYPE_1 idata
在ucos_ii.h找到这四个变量 增加idata定义 至此,是在ucos里面的[第三处修改]
编译能通过
6:在ucos_ii.h里面
#if 0
void OSStartHighRdy (void);
void OSIntCtxSw (void);
void OSCtxSw (void);
#endif
这就是造成上面的其中三个编译警告的原因 既然ucos2.83里面有说
* IMPORTANT: These prototypes MUST be placed in OS_CPU.H
那么我们就把它们placed in OS_CPU.H
不改动原来的代码 只
void OSStartHighRdy (void);
void OSIntCtxSw (void);
void OSCtxSw (void);
到os_cpu.h里面 再编译 现在就只有
*** WARNING L16: UNCALLED SEGMENT, IGNORED FOR OVERLAY PROCESS的警告了
Program Size: data=84.0 xdata=2348 code=8721 //keil 8.06
至此 整个框架就搭起来了 下面就来慢慢对付OSTaskStkInit()这个函数
gogogo!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1: os_cfg.h里面先 disable掉
OS_DEBUG_EN OS_FLAG_EN OS_MBOX_EN OS_MEM_EN OS_MUTEX_EN OS_Q_EN OS_SEM_EN
等等等等
题外话: 做一个Configuration Wizard的OS_CFG.H 这下方便多了 。这可是个体力活! 嘿嘿
也不违背了不改动原始文件的初衷
开始go了。建立最简单的一个东西
#include <ucos_ii.h>
void main(void)
{
OSInit();
OSStart();
}
发现走到os_cpu_a.a51里面的
OSStartHighRdy:
USING 0 ;上电后51自动关中断,此处不必用CLR EA指令,因为到此处还未开中断,本程序退出后,开中断。
LCALL _?OSTaskSwHook --》一call就call复位了 我靠
捣鼓了下建一个os_cpu_a.c 加入工程 且右键的options->Generate Assembleer SRC File打勾
内容为
#ifndef OS_MASTER_FILE
#include <ucos_ii.h>
#endif
void OSStartHighRdy(void) {
OSTaskSwHook();
} 看了看 生成的东西是这样的
?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A SEGMENT CODE
EXTRN CODE (OSTaskSwHook)
PUBLIC OSStartHighRdy
RSEG ?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A
OSStartHighRdy:
USING 0
LJMP OSTaskSwHook
END
简直莫名其妙 于是 将os_cpu_a.a51改成
;EXTRN CODE (_?OSTaskSwHook)
EXTRN CODE (OSTaskSwHook) ;keil8.06 <-----改这里
;子程序
;-------------------------------------------------------------------------
RSEG ?PR?OSStartHighRdy?OS_CPU_A
OSStartHighRdy:
USING 0 ;上电后51自动关中断,此处不必用CLR EA指令,因为到此处还未开中断,本程序退出后,开中断。
;LCALL _?OSTaskSwHook
LCALL OSTaskSwHook <-----改这里
再测试 ok 能进入OSIdleStask 并在里面循环 看来是c和汇编连接的一些问题 先把它放一边以后解决 [待解决的问题2]继续测试
这里又想到个问题 万一#define OS_TASK_SW_HOOK_EN 0 那么OSTaskSwHook()就不被编译。
在汇编里面调用会不会又复位?keil这点太……[不知道哪里可以设置 待解决的问题2],
测试了下 果然复位 我靠!作个说明“如果用keil,那么OS_TASK_SW_HOOK_EN 一定要为1
好了 就算第一步测试搞定 现在来做个”笨活路“ 给所有的函数加上reentrant! 内部的static就不用了。
现在开始调试serial 将yy大虾的serial.c搞过来 加入工程
1: 看到汇编和c混合头都是大的 把
#pragma asm
push IE
EA = 0;
之类的东东全部改成 _push_(IE); EA = 0;嘿嘿 当然不要忘记在app_cfg.h加#include <intrins.h>
现在有:
#include <ucos_ii.h>
void Task1(void *p_arg) keilReentrant;
void Task2(void *p_arg) keilReentrant;
void Task3(void *p_arg) keilReentrant;
OS_STK Task1Stack[MaxStkSize];//注意:我在ASM文件中设置?STACK空间为40H即64。
OS_STK Task2Stack[MaxStkSize];
OS_STK Task3Stack[MaxStkSize];
void main(void)
{
unsigned char ucReturn;
OSInit();
OSInitTimer0(); //也就是原来的InitTimer0();
InitSerial();
InitSerialBuffer();
ucReturn = OSTaskCreate(Task1, (void *)0, &Task1Stack[0] ,2);
ucReturn = OSTaskCreate(Task2, (void *)0, &Task2Stack[0] ,3);
ucReturn = OSTaskCreate(Task3, (void *)0, &Task3Stack[0] ,4);
OSStart();
}
void Task1(void *p_arg) keilReentrant
{
p_arg = p_arg;
ET0=1;
for(;;){
//PrintStr("Task 1 is active. \n");
OSTimeDly(3*OS_TICKS_PER_SEC);
}
}
void Task2(void *p_arg) keilReentrant
{
p_arg = p_arg;
for(;;){
PrintStr("Task 2 is active. \n");
OSTimeDly(2*OS_TICKS_PER_SEC);
}
}
void Task3(void *p_arg) keilReentrant
{
p_arg = p_arg;
for(;;){
PrintStr("Task 3 is active. \n");
OSTimeDly(3*OS_TICKS_PER_SEC);
}
}
运行 我靠 怎么就显示"Task 1 is active" 任务不切换 ?为啥。
原来os_time.c还没有加到项目里面去(因为这个项目没有把
ucos_ii.c加入项目);OSTimeDly()哪里会工作
加进去,运行->OK
OS_timr 把OS_Timr.c加入 并打开en的开关编译的时候会出现err。原因是回调函数参数太多的问题
解决方法见 http://www.keil.com/support/docs/2066.htm
在ucos-ii.h里面
/* add keilReentrant to to solve the Error 212: Indirect call: Parameters do not fit within registers */
typedef void (*OS_TMR_CALLBACK)(void *ptmr, void *parg) reentrant ;
附加一点就是项目里面直接加如.a文件 不用在include c51L.lib
然后加入一个lcd的驱动 呵呵很简单1602的。前提就是尽量不修改ucos的变量 函数名称和调用方式等
详细见工程。调试通过 不过是在proteus里面。在这里感谢jjj www.proteus.com.cn
记得因为lcd.c里面用到了sempost函数 所以如果要用就必须把OS_MAX_EVENTS 算进去,在你原来的设定值加一
到此 新鲜的ucos2.84出炉了。奉献此身体给大家。想来想去 唯一的卖点就是写了点细节,二是改了个os_cfg.h...呵呵
打包文件在下 ! 只有文档的兄台也不用发mail给我 自己网上找去 应该有下
熊伟 于大年初一 深圳 [email protected] jdsu光电
version2:
不知道怎么回事,一到 LCALL OSTaskSwHook --》一call就call复位了 我靠
又改回来 LCALL _?OSTaskSwHook 又好了
想了想 是不是我又加了.a文件的原因?
因为后来我又加了一个INT0Function.c 和INT0Function_a.a51
void Int0Function() keilReentrant
{ //中断在汇编中实现,去掉interrupt {//INT0中断服务子程序
}
#include <include_a.h>
NAME INT0FUNCTION_A ;模块名
?PR?_?INTOFunction?INT0FUNCTION_A SEGMENT CODE
EXTRN CODE (_?INTOFunction)
;-------------------------------------------------------------------------
CSEG AT 0013H ;INT0中断
LJMP INT0ISR ;工作于系统态,无任务切换。
RSEG ?PR?_?INTOFunction?INT0FUNCTION_A
INT0ISR:
USING 0
CLR EA ;先关中断,以防中断嵌套。
PUSHALL
LCALL _?INTOFunction
POPALL
SETB EA
RETI
;-------------------------------------------------------------------------
END
;-------------------------------------------------------------------------
Ⅳ 嵌入式高手进 考试题解答
推荐一:OS_CPU.H
1、定义与编译器无光的数据类型
只是按照不同的编译器编写对应的数据类型的typedef 对应于ARM7的数据类型的编写如下
typedef unsigned char BOOLEAN;/* 布尔变量*/
typedef unsigned char INT8U; /* 无符号8位整型变量*/
typedef signed char INT8S; /* 有符号8位整型变量*/
typedef unsigned short INT16U; /* 无符号16位整型变量*/
typedef signed short INT16S; /裤返举* 有符号16位整型变量*/
typedef unsigned int INT32U; /* 无符号32位整型变量*/
typedef signed int INT32S; /* 有符号32位整型变量*/
typedef float FP32; /*单精度浮点数(32Bit)*/
typedef double FP64; /*双精度浮点数(64Bit)*/
/*在上面定义的数据类型中按照ARM7的堆栈宽度选择INT32U*/
typedef INT32U OS_STK; /* 堆栈是32位宽度*/
接下来一部分是为了兼容低版本UCOS的数据类型所编写的代码,在UCOS-II中暂不考虑
2 与处理器相关的代码
先定义中断的实现方式,预先设定的中断方式有三种,在ARM7中设置为方式 2
#define OS_CRITICAL_METHOD 2/*选择开,关中断的方式 */
接下来的一段是我暂时还没有完全搞懂的一部分,只知道是设定了12个软件中断的函数,当调用这
些函数之前都会执行对应中断号的事情。具体的看到后面应该能完全搞懂软件中断的实现方式,
该段代码在后面的文件中会有具体的解释,这里暂时不看
定义堆世塌栈的生长方式,ARM7内核支持两种生长方式,但是ADS的C语言编译器只支持从上往下的生
长方式,因此:
#define OS_STK_GROWTH 1 /* 堆栈是从上往下长的,0-从下往上的生长方式 */
最后几行分别定义了用户模式01和系统模式1f以及IRQ中断禁止的指令80三个立即数,方便调用.
还有两个预定义往胡碧后看应该知道作用,暂不考虑,不是很重要.
软中断:
中断不返回形式:
void _swi(swi_num) swi_name(arguments);
返回一个结果到R0中
int _swi(swi_num) swi_name(arguments);
最多可以返回四个结果R0-R3到一个结构struct type{ int a,b,c,d}中
type(返回类型) _value_in_regs(返回多个结果的修饰符) _swi(swi_num) swi_name(arguments);
在ARM中实现软中断的方法我在blog里面搜了很多文章也没有看到讲的通俗一点的,还是自己看
ARM的移植代码吧首先定义了一堆软中断的中断号,其中0和1的中断服务子程序是用汇编编写的,
其他的都是在c语言编写的中断服务子程序SWI_Exception中。
__swi(0x00) void OS_TASK_SW(void);
/* 任务级任务切换函数 */
__swi(0x01) void _OSStartHighRdy(void);
/* 运行优先级最高的任务 */
__swi(0x02) void OS_ENTER_CRITICAL(void);
/* 关中断 */
__swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void);
/* 开中断 */
__swi(0x40) void *GetOSAddr(int Index);
/* 获取系统服务函数入口 */
__swi(0x41) void *GetUsrAddr(int Index);
/* 获取自定义服务函数入口 */
__swi(0x42) void OSISRBegin(void);
/* 中断开始处理 */
__swi(0x43) int OSISRNeedSwap(void);
/* 判断中断是否需要切换 */
__swi(0x80) void ChangeToSYSMode(void);
/* 任务切换到系统模式 */
__swi(0x81) void ChangeToUSRMode(void);
/* 任务切换到用户模式 */
__swi(0x82) void TaskIsARM(INT8U prio);
/* 任务代码是ARM代码 */
__swi(0x83) void TaskIsTHUMB(INT8U prio);
/* 任务代码是THUMB */
比如在程序运行到调用OS_TASK_SW(void)函数时,就产生软件中断,然后就进入中断服务子程序,
按照什么指令走呢?恩,就按照下面这个代码,这个代码是将软件中断异常处理程序挂接到内核
的作用的,是在启动代码中实现的:
LDR PC,SWI_Addr
SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt
因此当产生软中断之后PC就跳到了SoftwareInterrupt,这时就算真正进入了软件异常中断处理部
分了,然后就是执行下面的汇编代码SoftwareInterrupt
LDR SP, StackSvc
/*重新设置堆栈指针*/
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR}
/*保存 R0,R1,R2,R3,R12,LR(R14),注意为什么只保存这几个
寄存器呢,因为R4-R11存储局部变量,编译器自动保护他们*/
MOV R1, SP /* R1指向参数存储位置 */
MRS R3, SPSR /*保存管理模式的状态寄存器*/
TST R3, #T_bit /* 中断前是否是Thumb状态 */
LDRNEH R0, [LR,#-2] /* 若是,取得Thumb状态SWI号*/
BICNE R0, R0, #0xff00 /*THUMB指令SWI功能号为8位 */
LDREQ R0, [LR,#-4] /* 为零即ARM指令取得SWI号 */
BICEQ R0, R0, #0xFF000000
/*在ARM指令集中SWI功能号为24位所以高8位清零r0=SWI号*/
CMP R0, #1 /*
LDRLO PC, =OSIntCtxSw /* 疑惑ing */
/* 功能号为0到OSIntCtxSw执行中断任务切换函数 */
LDREQ PC, =__OSStartHighRdy/*SWI为1第一次任务切换*/
BL SWI_Exception /*否则进入c编写的中断函数 */
LDMFD SP!, {R0-R3, R12, PC}/*R0-R3,R12,LR出栈 */
StackSvc
DCD (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)
怎么进入c编写的中断服务子程序SWI_Exception呢?通过下面的申明
IMPORT SWI_Exception ;软中断异常处理程序
表示将c程序中的该函数挂接到此段汇编代码中,同样的道理
EXPORT __OSStartHighRdy
EXPORT OSIntCtxSw ;中断退出时的入口
参见startup.s中的IRQ_Handler
EXPORT SoftwareInterrupt ;软中断入口上面的申明是将该段汇编代码挂接到外面,
因此在外部可以直接调用函数名
继续看OS_CPU_A.S的其他部分代码,就是两个软件异常中断处理函数OSIntCtxSw和OSStarHighRdyOSIntCtxSw代码是中断服务子程序使得更高优先级的任务进入就绪状态后,中断返回后需要切换到该任务时调用的,这是被切换的任务的CPU寄存器的值已经在响应中断后存入了堆栈中,因此,这里不需要重复保存了直接切换任务即可,具体过程看代码OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境 ;当响应软件异常中断后进入了系统模式,在上面的代码中我们可以看到,进入系统模式时保存的堆栈结构从顶到底依次是:R0,R1,R2,R3,R12,LR,而在用户模式中任务的堆栈结构应该是:OsEnterSum,CPSR,RO-12,LR,PC,所以在进行软件中断任务切换之前先要保存原来任务的堆栈结构。
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
MOV R1, LR
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12 MSR CPSR_c, R0
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4]
;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4]
OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6]
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8]
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针 LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum
STR R4, [R3]
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务
__OSStartHighRdy
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;调整到管理模式
;告诉uC/OS-II自身已经运行
LDR R4, =OSRunning
MOV R5, #1
STRB R5, [R4] ;标记多任务运行标记为真 BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数,可以运行用户自定义的函数 LDR R6, =OSTCBHighRdy ;R6存有最高优先级的就绪任务的控制块地址
LDR R6, [R6]
B OSIntCtxSw_1 ;转到前面编写的中断返回函数块的任务跳转部分的代码,因为这两个函数都要用到这部分代码,进入这段代码之前高优先级的就绪任务的任务控制快地址存在R6中。 AREA SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2
SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;管理模式堆栈空间 OSIntCtxSw_1的代码:OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6] ;任务控制块的堆栈指针放在R6中,现在放在R4中
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8]
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针,R4存有没有改动过的堆栈指针 LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum
STR R4, [R3]
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务,恢复现场,异常处理返回;中断返回指令的寄存器列表其中必须包括PC后的^符号,表示这是一条特殊形式的指令。这条指令在从存储器中装载PC的同时,CPSR也得到恢复。这里使用的堆栈指针SP是属于异常模式的寄存器,每个异常模式有自己的堆栈指针。SoftwareInterrupt
LDR SP, StackSvc ; 重新设置堆栈指针
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR} ;保存寄存器
MOV R1, SP ; R1指向参数存储位置 MRS R3, SPSR
TST R3, #T_bit ; 中断前是否是Thumb状态
LDRNEH R0, [LR,#-2] ; 是: 取得Thumb状态SWI号
BICNE R0, R0, #0xff00
LDREQ R0, [LR,#-4] ; 否: 取得arm状态SWI号
BICEQ R0, R0, #0xFF000000
; r0 = SWI号,R1指向参数存储位置
CMP R0, #1
LDRLO PC, =OSIntCtxSw
LDREQ PC, =__OSStartHighRdy ; SWI 0x01为第一次任务切换 BL SWI_Exception
LDMFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^
StackSvc DCD (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC(LR)
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
MOV R1, LR
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12 MSR CPSR_c, R0
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4] ;把OSPrioHighRdy最高优先级的就绪任务传给OSPrioCur
;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4] ;将最高优先级的任务控制块指针传给当前任务控制块指针
关于中断和时钟节拍,UCOS-II对于ARM7通用的中断服务程序的汇编与c函数接口如下:MACRO和MEND伪指令用于宏定义,MACRO标识宏定义的开始,MEND标识宏定义的结束。定义之后在程序中就可以通过宏指令多次调用该段代码MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_ EXPORT $IRQ_Label ; 输出的标号
IMPORT $IRQ_Exception_ ; 引用的外部标号$IRQ_Label
SUB LR, LR, #4 ; 计算返回地址
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR} ; 保存任务环境
MRS R3, SPSR ; 保存状态
STMFD SP, {R3, SP, LR}^ ; 保存用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写
; 如果回写的是用户的SP,所以后面要调整SP
LDR R2, =OSIntNesting ; OSIntNesting++
LDRB R1, [R2]
ADD R1, R1, #1
STRB R1, [R2] SUB SP, SP, #4*3
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ; 切换到系统模式
CMP R1, #1
LDREQ SP, =StackUsr
BL $IRQ_Exception_ ; 调用c语言的中断处理程序 MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ; 切换到系统模式
LDR R2, =OsEnterSum ; OsEnterSum,使OSIntExit退出时中断关闭
MOV R1, #1
STR R1, [R2] BL OSIntExit LDR R2, =OsEnterSum ; 因为中断服务程序要退出,所以OsEnterSum=0
MOV R1, #0
STR R1, [R2] MSR CPSR_c, #(NoInt | IRQ32Mode) ; 切换回irq模式
LDMFD SP, {R3, SP, LR}^ ; 恢复用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写
; 如果回写的是用户的SP,所以后面要调整SP
LDR R0, =OSTCBHighRdy
LDR R0, [R0]
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
CMP R0, R1 ADD SP, SP, #4*3 ;
MSR SPSR_cxsf, R3
LDMEQFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^ ; 不进行任务切换
LDR PC, =OSIntCtxSw ; 进行任务切换
MEND二:OS_CPU_C.C 个文件中要求用户编写10个简单的C函数,但是只有1个函数是必要的,其余的函数必须声明,但不一定要包含任何代码,大致看了一下作用好像是用来调试之类的。唯一要编写的是OSTaskStkInit() OSTaskStkInit()函数的功能是初始化任务的栈结构,任务的堆栈结构与CPU的体系结构、编译器有密切的关联。从ARM的结构可以写出如下的栈结构:程序计数器PC,程序链接器LR,R12-R1,R0用于传递第一个参数pdata,CPSR/SPSR,关中断计数器(用于计算关中断的次数,这样就实现了中断的嵌套),返回的地址指针是指向的最后一个存入的数据,而不是一个空地址。软件中断异常SWI服务程序C语言部分 void SWI_Exception(int SWI_Num, int *Regs):参数SWI_Num对应前面文件中定义的功能号,其中0、1号的功能在后面的文件中定义,这里只定义了其他10个功能。 2、3分别对应关中断和开中断 关中断:MRS R0, SPSR //在软件中断的时候直接对程序状态保存寄存器SPSR操作也就是对CPSR的操作
ORR R0, R0, #NoInt //在汇编语言中对寄存器的对应位置位用ORR,清零用BIC
MSR SPSR_c, R0 //SPSR_c表示的是只改变SPSR的控制段的8位代码,其他三段_f,_s,_x中标志位在_f段,其他为保留位 开中断:MRS R0, SPSR //在开中断中基本与上面相同,只是ORR改成BIC清零
BIC R0, R0, #NoInt
MSR SPSR_c, R 由于需要实现中断嵌套,所以只有当关中断的计数器减为0的时候才能够开中断,而且每次关中断的时候该计数器都应该加1。另外,插入汇编语言时用_asm指令。 80、81、82、83分别对应系统模式、用户模式、ARM指令集、THUMB指令集 系统模式:MRS R0, SPSR
BIC R0, R0, #0x1f //先将控制模式的低5位清零
ORR R0, R0, #SYS32Mode //设置成系统模式的1F
MSR SPSR_c, R0 用户模式:MRS R0, SPSR
BIC R0, R0, #0x1f
ORR R0, R0, #USR32Mode //设置成用户模式的10
MSR SPSR_c, R0 ARM指令集与THUMB指令集的代码如下: ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];
if (ptcb != NULL)
{
ptcb -> OSTCBStkPtr[1] &= ~(1 << 5);
} ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];
if (ptcb != NULL)
{
ptcb -> OSTCBStkPtr[1] |= (1 << 5);
} 昨天就是看到这里,出现了一个意识到是不能忽悠的地方就是UCOS里面的任务控制块OS_TCB的概念,因此今天的任务就是把这部分看看。。。 大概回忆了一下昨天晚上的工作,开始今天的工作吧
一点一点来,什么不会就学什么,都不会就都学。。。没有问题只要你肯努力。。。。。。__OSStartHighRdy
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;MSR:在ARM中只有MSR能够直接设置状态寄存器CPSR或SPSR,可以是立即数或者源寄存器,NoInt是禁止中断,SYS32Mode是系统模式
;告诉uC/OS-II自身已经运行
LDR R4, =OSRunning ;OSRunning正在运行多任务的标志,=OSRunning是把OSRunning的地址加载到R4,R4里存的是一个地址。。。
MOV R5, #1
STRB R5, [R4] ;将R5存储到R4存的地址的变量即OSRunning中,也就是将OSRunning置1 BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数,OSTaskSwHook 是用于扩展的,在任务切换的时候执行用户自己定义的功能。 LDR R6, =OSTCBHighRdy ;OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针!!!将放指针的地址放到R6中。
LDR R6, [R6] ;将R6地址处的数据读出即OSTCBHighRdy的地址放到R6中
B OSIntCtxSw_1 ;跳转到OSIntCtxSw_1 AREA SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2
SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;管理模式堆栈空间继续昨天没有看完的代码OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC,放入R2
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12,//R12存的什么东西啊???
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;进入系统模式并禁止中断
MOV R1, LR ;R1放LR值
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC,将R1,R2存入SP
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12,将R4-12存入SP MSR CPSR_c, R0 ;再回到之前的模式
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4]
;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4]
OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6] ;把OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针给R4
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器:CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8] ;取出LR放到LR
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式并且保持禁止中断
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针 LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum。LDMFD数据出栈,放入R4,R5
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum ;OsEnterSum的地址存入R3
STR R4, [R3] ;把R4的值赋给OsEnterSum
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR;在管理模式里是修改SPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务 ,恢复现场,异常处理返回
Ⅳ ucos2涓璒SEventTbl[]鏁扮粍锛岄噷闱㈠埌搴曟槸鏀剧殑鏄浠涔埚笺
锲犱负uCos涓閲囩敤镄勬槸闱欐侀摼琛锛屾墍浠ユ墠链夊悇绉嶆暟缁勭殑瀛桦湪锛屽湪OS_CFG.h 涓鍙浠ラ厤缃链澶х殑OS_MAX_EVENTS鏁扮洰銆傚湪缂栬疟镄勬椂鍊欙纴灏卞缓绔嬩简
OS_EVENT OSEventTbl[OS_MAX_EVENTS];/* Table of EVENT control blocks
绛夊埌浣犺佺敤镄勬椂鍊椤氨浠庡凡缁忓缓绔嬬殑浜嬩欢鏁扮粍涓鍙栧嚭涓涓锛岃繖涓鏄浜嬩欢鎺у埗鍧楋纴鍖呭惈浜嗗緢澶氱殑鍙傛暟锛岃呖浜嶰S_EVENT缁撴瀯浣扑腑镄 OSEventTbl[]鏄瀛桦偍浜嗙瓑寰呰繖涓浜嬩欢镄勪换锷$殑镙囧织浣嶏纴鏄浠ヤ綅锲剧殑褰㈠纺淇濆瓨锛屾疮涓浼桦厛绾у湪杩欎釜鏁扮粍涓鍗犳湁1涓猴纴鏄绛夊緟鍒欎负1 娌″惁鍒欎负0锛岃繖2涓鏁扮粍鏄钖嶅瓧涓镙凤纴浣嗘槸琛ㄧず镄勬剰涔夋槸涓崭竴镙风殑锛孙STCB[]涔熸槸锲犱负閲囩敤浜嗛润镐侀摼琛锛屽氨镀忎綘鍒伴摱琛屽幓锷炲崱锛岄摱琛岀殑宸ヤ綔浜哄憳浼氱粰浣犱竴寮犺〃镙硷纴浜嫔厛浠栦滑宸茬粡鍗板ソ浜嗗緢澶氲〃镙硷纸灏卞儚缂栬疟镄勬椂鍊椤缓绔嬩简鏁扮粍锛岄噷闱㈡湁寰埚歄STCB缁撴瀯浣掳级锛屼綘瑕佺敤镄勬椂鍊椤氨鍙栦竴涓锛屼絾鏄涓嶈兘瓒呰繃链澶ч檺搴︺傜濅綘杩涙ワ紒
Ⅵ uC/OS II移植到ARM,其中,OSTickISR()函数的汇编代码
控制器上运行。为了方便移植,大部分的µC/OS-Ⅱ代码是用C语言写的;但仍需要用C和汇编语言写一些与处理器相关的代码,这是因为µC/OS-Ⅱ在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现。由于µC/OS-Ⅱ在设计时就已经充分考虑了可移植性,所以µC/OS-Ⅱ的移植相对来说是比较容易的。[5,6]
要使µC/OS-Ⅱ正常运行,处理器必须满足以下要求:
(1) 处理器的C编译器能产生可重入代码。
(2) 用C语言就可以打开和关闭中断。
(3) 处理器支持中断,并且能产生定时中断(通常在10至100Hz之间)。
(4) 处理器支持能够容纳一定量数据(可能是几千字节)的硬件堆栈。
(5) 处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器读出和存储的指令
图2-1说明了µC/OS-Ⅱ的结构以及它与硬件的关系。从图中可以看到整个系统的架构。最底层是硬件层,该层主要涉及到CPU处理器的架设,以及它与外部各功能模块的连接,对于CPU处理器的初始化也是构架嵌入式系统的重要内容,特别是对定时器的设置,将是构建操作系统的基础,它决定整个系统的性能。对于软件部分,最底层是与处理器相关的程序代码,该段代码直接对CPU处理器进行初始化,这部分代码就是移植操作系统的主要内容,也是最难以理解的部分。这段代码绝大部分程序是用汇编语言编写的,因为在程序运行的时候,这部分代码的调用次数最频繁。在向上的代码就与处理器没有任何的关系,其中一部分包括操作系统的配置文件,像OS_CORE.c,OS_FLAG.c等文件。这部分代码是用来编写一些基本的底层函数,这些函数将作为以后应用部分的基本函数库进行调用,这部分函数构成了操作系统的基本构架,不同的操作系统所对应的系统的设计思想不同,主要体现在这些函数的设计中。除了系统的基本函数外,还有应用部分的基本配置文件。该文件声明的是与具体的应用配置有关的一些设置文件。比如,各任务的一些基本参数,所使用的信号量的声明,以及液晶的参数配置等。不同的应用程序对应的该文件参数配置也不同。有了底层的基本配置文件,就可以编写具体的应用程序了,最上层就是应用程序,针对不同的应用需求,编写不同的应用程序。
μCOS-II不使用C语言中的short、int、long等数据类型的定义,因为它们与处理器类型有关,隐含着不可移植性。代之以移植性强的整数数据类型,这样,既直观又可移植,不过这就成了必须移植的代码。根据ADS编译器的特性,这些代码如程序清单图2-2所示。
与所有的实时内核一样,µC/OS-Ⅱ需要先禁止中断再访问代码的临界段,并且在访问完毕后重新允许中断。这就使得µC/OS-Ⅱ能够保护临界段代码免受多任务或中断服务例程(ISRs)的破坏。为了隐藏编译器厂商提供的具体实现方法,µC/OS-Ⅱ定义了两个宏来禁止和允许中断:OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。
μCOS-II使用结构常量OS_STK_GROWTH中指定堆栈的生长方式:置OS_STK_GROWTH为0表示堆栈从下往上长。置OS_STK_GROWTH为1表示堆栈从上往下长。虽然ARM处理器核对于两种方式均支持,但ADS的C语言编译器仅支持一种方式,即从上往下长,并且必须是满递减堆栈,所以OS_STK_GROWTH的值为1。
µC/OS-Ⅱ的移植实例要求用户编写四个简单的汇编语言函数: OSStartHighRdy();OSCtxSw();OSIntCtxSw();OSTickISR()。如果用户的编译器支持插入汇编语言代码的话,用户就可以将所有与处理器相关的代码放到OS_CPU_C.C文件中,而不必再拥有一些分散的汇编语言文件。
使就绪状态的任务开始运行的函数叫做OSStart(),如下示意函数所示。在用户调用OSStart()之前,用户必须至少已经建立了一个任务。OSStartHighRdy()假设OSTCBHighRdy指向的是优先级最高的任务的任务控制块。为了简单一点,堆栈指针总是储存在任务控制块(即它的OS_TCB)的开头。换句话说,也就是要想恢复的任务堆栈指针总是储存在OS_TCB的0偏址内存单元中。
如果当前任务调用µC/OS-Ⅱ提供的系统服务,并使得更高优先级任务处于就绪状态,µC/OS-Ⅱ就会借助上面提到的向量地址找到OSCtxSw()。在系统服务调用的最后,µC/OS-Ⅱ会调用OSSched(),并由此来推断当前任务不再是要运行的最重要的任务了。软中断 (或陷阱) 指令会强制一些处理器寄存器(比如返回地址和处理器状态字)到当前任务的堆栈中,并使处理器执行OSCtxSw()。这些代码必须写在汇编语言中,因为用户不能直接从C中访问CPU寄存器。注意在OSCtxSw()和用户定义的函数OSTaskSwHook()的执行过程中,中断是禁止的。
OSIntExit()通过调用OSIntCtxSw()来从ISR中执行切换功能。因为OSIntCtxSw()是在ISR中被调用的,所以可以断定所有的处理器寄存器都被正确地保存到了被中断的任务的堆栈之中。实际上除了需要的东西外,堆栈结构中还有其它的一些东西。OSIntCtxSw()必须要清理堆栈,这样被中断的任务的堆栈结构内容才能满足人们的需要。
要想了解OSIntCtxSw(),大家可以看看µC/OS-Ⅱ调用该函数的过程。假定中断不能嵌套(即ISR不会被中断),中断是允许的,并且处理器正在执行任务级的代码。当中断来临的时候,处理器会结束当前的指令,识别中断并且初始化中断处理过程,包括将处理器的状态寄存器和返回被中断的任务的地址保存到堆栈中。至于究竟哪些寄存器保存到了堆栈上,以及保存的顺序是怎样的,并不重要。
接着,CPU会调用正确的ISR。µC/OS-Ⅱ要求ISR在开始时要保存剩下的处理器寄存器。一旦寄存器保存好了,µC/OS-Ⅱ就要求或者调用OSIntEnter(),或者将变量OSIntNesting加1。在这个时候,被中断任务的堆栈中只包含了被中断任务的寄存器内容。现在,ISR可以执行中断服务了。并且如果ISR发消息给任务(通过调用OSMboxPost()或OSQPost()),恢复任务(通过调用OSTaskResume()),或者调用OSTimeTick()或OSTimeDlyResume()的话,有可能使更高优先级的任务处于就绪状态。
假设有一个更高优先级的任务处于就绪状态。µC/OS-Ⅱ要求用户的ISR在完成中断服务的时候调用OSIntExit()。OSIntExit()会告诉µC/OS-Ⅱ到了返回任务级代码的时间了。调用OSIntExit()会导致调用者的返回地址被保存到被中断的任务的堆栈中。
OSIntExit()刚开始时会禁止中断,因为它需要执行临界段的代码。根据OS_ENTER_CRITICAL()的不同执行过程,处理器的状态寄存器会被保存到被中断的任务的堆栈中。OSIntExit()注意到由于有更高优先级的任务处于就绪状态,被中断的任务已经不再是要继续执行的任务了。在这种情况下,指针OSTCBHighRdy会被指向新任务的OS_TCB,并且OSIntExit()会调用OSIntCtxSw()来执行任务切换。调用OSIntCtxSw()也同样使返回地址被保存到被中断的任务的堆栈中。
用户切换任务的时候,用户只想将某些项保留在堆栈中,并忽略其它项。这是通过调整堆栈指针(加一个数在堆栈指针上)来完成的。加在堆栈指针上的数必须是明确的,而这个数主要依赖于移植的目标处理器(地址空间可能是16,32或64位),所用的编译器,编译器选项,内存模式等等。另外,处理器状态字可能是8,16,32甚至64位宽,并且OSIntExit()可能会分配局部变量。有些处理器允许用户直接增加常量到堆栈指针中,而有些则不允许。在后一种情况下,可以通过简单的执行一定数量的pop(出栈)指令来实现相同的功能。一旦堆栈指针完成调整,新的堆栈指针会被保存到被切换出去的任务的OS_TCB中。
这些代码必须写在汇编语言中,因为用户不能直接从C语言中访问CPU寄存器。如果用户的编译器支持插入汇编语言代码的话,用户就可以将OSIntCtxSw()代码放到OS_CPU_C.C文件中,而不放到OS_CPU_A.ASM文件中。正如用户所看到的那样,除了第一行以外,OSIntCtxSw()的代码与OSCtxSw()是一样的。这样在移植实例中,用户可以通过“跳转”到OSCtxSw()中来减少OSIntCtxSw()代码量。
µC/OS-Ⅱ要求用户提供一个时钟资源来实现时间的延时和期满功能。时钟节拍应该每秒钟发生10-100次。为了完成该任务,可以使用硬件时钟,也可以从交流电中获得50/60Hz的时钟频率。
这些代码必须写在汇编语言中,因为用户不能直接从C语言中访问CPU寄存器。如果用户的处理器可以通过单条指令来增加OSIntNesting,那么用户就没必要调用OSIntEnter()了。增加OSIntNesting要比通过函数调用和返回快得多。OSIntEnter()只增加OSIntNesting,并且作为临界段代码中受到保护。
µC/OS-Ⅱ的移植实例要求用户编写六个简单的C函数:OSTaskStkInit(); OSTaskCreateHook();OSTaskDelHook();OSTaskSwHook();OSTaskStatHook(); OSTimeTickHook()。唯一必要的函数是OSTaskStkInit(),其它五个函数必须得声明但没必要包含代码。
OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()通过调用OSTaskStkInt()来初始化任务的堆栈结构,因此,堆栈看起来就像刚发生过中断并将所有的寄存器保存到堆栈中的情形一样。显示了OSTaskStkInt()放到正被建立的任务堆栈中的东西。注意,在这里我假定了堆栈是从上往下长的。下面的讨论同样适用于从下往上长的堆栈。
在用户建立任务的时候,用户会传递任务的地址,pdata指针,任务的堆栈栈顶和任务的优先级给OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()。虽然OSTaskCreateExt()还要求有其它的参数,但这些参数在讨论OSTaskStkInt()的时候是无关紧要的。为了正确初始化堆栈结构,OSTaskStkInt()只要求刚才提到的前三个参数和一个附加的选项,这个选项只能在OSTaskCreateExt()中得到。
该函数主要是对相关的几个寄存器进行初始化工作,初始化的寄存器对应于