根據(jù)自己理解，來仿寫一個ucosii
簡單談?wù)勎覍c的一些認(rèn)識級對于部分源碼的分析和調(diào)試，作為對近一段時間學(xué)習(xí)的階段性總結(jié)。下文將分兩部分介紹，前半部分主要談?wù)勎覀人對一些問題的認(rèn)識以及一些疑惑，后半部分是通過閱讀ucosii，按照ucosii的思路自己編寫或者調(diào)試的一些源碼的分析，這些源碼可以實現(xiàn)任務(wù)按照優(yōu)先級定時切換(MDK+stm32)。
1.ucosii有什么作用，和裸機(jī)的區(qū)別
uc是一個實時操作系統(tǒng)，很長一段時間以來我一直在糾結(jié)這個東西是干嘛用的，單片機(jī)不是有中斷嗎，為什么非要用這個東西來完成中斷的功能呢?
先談?wù)勎覀儽容^熟悉的裸機(jī)開發(fā)，使用一個while(1)配合一些中斷來響應(yīng)事件。但是我們知道，單片機(jī)的中斷資源是有限的，并且多是用來響應(yīng)外部事件。另外，中斷中使用的全局變量，不可重入性也容易使系統(tǒng)產(chǎn)生問題，造成不確定性。而且中斷時間不能過長，使得任務(wù)的吞吐量不能太大，而中斷之間的相互嵌套也容易使程序出現(xiàn)問題。所以，在需要及時處理復(fù)雜或者耗時任務(wù)的時候(簡單任務(wù)while循環(huán)的實時性好像不比uc差)，及時響應(yīng)任務(wù)并進(jìn)行處理，這種普通的模式效果就比較差了。而uc有個好處就是它可以隨時切換任務(wù)，每個任務(wù)的執(zhí)行有固定的時間，通過操作系統(tǒng)統(tǒng)一的TimeTick可以有效統(tǒng)一任務(wù)運行的時間，這樣就不會出現(xiàn)一個任務(wù)長期占據(jù)cpu而其他任務(wù)得不到運行的情況，我們可以通過調(diào)用uc的API來控制每個任務(wù)的運行。多任務(wù)還有個好處就是把復(fù)雜的程序拆成幾個任務(wù)，這樣管理相對方便，容易修改和擴(kuò)展，否則復(fù)雜些幾千行的while循環(huán)程序一旦完成，想再擴(kuò)展就變得灰常麻煩。從另一方面講，在做一些簡單的東西的時候，不需要實時性的時候，感覺不使用uc反而更簡單一些。想想既然NASA都在使用ucosii，這個東西肯定有它的價值的，學(xué)明白了肯定是有用的。
2.ucosii的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡析
uc中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是動態(tài)創(chuàng)建的，所以，在初始化操作系統(tǒng)的時候(OSInit (void))，要做的就是初始化這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 其中又可以分為兩個部分，第一是初始化全局變量，包括
OSTime = 0uL; 時間記錄，TimeTick中自增
OSIntNesting = 0u; 中斷嵌套層數(shù)，用于記錄中斷嵌套，中斷中不允許任務(wù)調(diào)度
OSLockNesting = 0u; 調(diào)度鎖
OSTaskCtr = 0u; 當(dāng)前任務(wù)數(shù)
OSRunning = OS_FALSE; 操作系統(tǒng)禁止，在OSStart();中開啟
OSCtxSwCtr = 0u; 任務(wù)切換數(shù)
OSIdleCtr = 0uL; 空閑任務(wù)數(shù)
#if OS_TASK_STAT_EN > 0u 后面幾個沒弄過，待查
OSIdleCtrRun = 0uL;
OSIdleCtrMax = 0uL;
OSStatRdy = OS_FALSE;
#endif
#ifdef OS_SAFETY_CRITICAL_IEC61508
OSSafetyCriticalStartFlag = OS_FALSE;
#endif
初始化完全局變量，就開始初始化各種鏈表，清空它們的內(nèi)容然后穿起來。其中主要包括 任務(wù)控制塊，消息塊， 信號量集塊，內(nèi)存塊幾個主要塊，uc的工作主要就靠它們了。
其中任務(wù)控制塊是重中之重，用于記錄任務(wù)的屬性以及存儲空間。在下文中具體分析其各變量的作用。
消息塊主要用于任務(wù)同步，也就是任務(wù)間相互發(fā)送消息。
其中信號量用于協(xié)調(diào)共享資源的訪問，說的簡單點就是一個東西我用完了你再用。如果我正用著，這時候輪你用了，但是我沒把權(quán)限給你(post)，到你了你也不能用(pend)。這樣就可以避免由不同任務(wù)同時訪問一個資源而出錯。
互斥信號量這個名字很奇怪，信號量的作用本來不就是互斥嗎?互斥信號量是為了避免優(yōu)先級反轉(zhuǎn)用的。假設(shè)任務(wù)A,B,C優(yōu)先級遞增，A,C同時訪問一個資源。如果使用信號量，當(dāng)C訪問資源時，如果C沒來得及釋放信號量，由于超時或者其他函數(shù)中有任務(wù)調(diào)度函數(shù)而發(fā)生任務(wù)調(diào)度時，A由于得不到C手中的信號量，任務(wù)不能執(zhí)行，只能執(zhí)行B任務(wù)了。這咋看沒什么問題，但是仔細(xì)想想，當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級最高的A已經(jīng)就緒但是不能運行，反而優(yōu)先級低的B運行了，這優(yōu)先級不是白設(shè)置了嗎!究其原因，主要是C的問題，你作為最低的優(yōu)先級，拿著信號量的時候發(fā)生任務(wù)調(diào)度，肯定不能再運行你自己了吧，信號量送不出去，最高的優(yōu)先級的A只能干等，所以自然給了B。
哦，那你說上個鎖算了，C運行的時候咱們誰也別打擾，目測這個辦法也行，有待實驗。
任務(wù)在獲取互斥信號量后，可以把優(yōu)先級提到最高，這樣就可以避免被調(diào)度到B，直到
C釋放了信號量。這是A優(yōu)先級最高，信號量又沒有被占用，OK，正常運行。
消息郵箱也是個信號量，不過它的作用是任務(wù)間通信，你可以通過它傳遞一個消息指針(*msg)，這個指針你愛指什么指什么，反正你的任務(wù)指哪里，我的任務(wù)從哪里讀取，你給我發(fā)郵件，我就去那里讀，這樣就可以互相通信了。不過必須等我post了，你pend上了才能成功讀取，這可不是隨便寫個全局變量就可以隨便讀取的？梢姡@也是一種消息間的協(xié)調(diào)機(jī)制。
消息隊列我也不大清楚干什么用的，它能發(fā)好幾個消息，每個任務(wù)只能讀一個，下一個任務(wù)讀下一個，至于做什么用的，有待深入學(xué)習(xí)。
信號量集也是一種任務(wù)間的通信方式，但是它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有別與消息類的。信號量集是在滿足多個條件后觸發(fā)一個任務(wù)的運行。如果說信號量是一把鑰匙，信號量集就是多把鑰匙，同時滿足才能開門。另外，使用時要注意這個條件不是相加，而是按位相同。
最后時內(nèi)存控制塊，感覺像是uc的malloc和free，沒用過。
3.任務(wù)調(diào)度時堆棧是個什么
我們知道，正常情況下我們寫的函數(shù)中堆？臻g是由編譯器自動分配的，那在任務(wù)里寫函數(shù)為什么就要手動分配堆棧空間呢?這個堆棧中到底存儲了什么東西呢。
通過閱讀任務(wù)控制塊代碼我們可以知道，任務(wù)控制塊中為我們提供一個函數(shù)指針，這個指針指向我們的任務(wù)，只要將這個指針的地址寫入相應(yīng)寄存器，那么程序就會自動運行到這個函數(shù)。但是我們注意，只有函數(shù)在被main直接或者間接調(diào)用時，計算機(jī)才會為函數(shù)分配響應(yīng)內(nèi)存空間，而我們現(xiàn)在只是用一個指針指向了這段即將運行的代碼，至于空間，有可能是隨意一段內(nèi)存空間，體現(xiàn)在程序上就是函數(shù)中的局部變量和函數(shù)內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)所需要的數(shù)據(jù)，全都會保存在任意一段內(nèi)存空間，覆蓋有用數(shù)據(jù)，在M3上，這種隨意侵蝕內(nèi)存的行為將會引發(fā)錯誤中斷，程序無法正常使用。同樣的道理，這就好比我們定義數(shù)組時必須指定空間大小，如果隨意定義一個指針然后對其所指空間賦值，極有可能引起嚴(yán)重錯誤。
至于任務(wù)空間大小，要看其全局變量和函數(shù)嵌套層數(shù)來定義，函數(shù)嵌套是需要很多內(nèi)存空間的，嵌套層數(shù)越多，需要的空間越大。另外好像空間大小都是64,128,256這樣的整形，我們打開debug窗口硬件仿真時也會發(fā)現(xiàn)，這些堆棧大小好像正好是64等整數(shù)，原因待查。
4.關(guān)于為什么不使用調(diào)度鎖而使用互斥信號量的又一種解釋
互斥信號量我們可以暫時提高當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級，也就是說，我們可以把當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級提高到最高。同樣，我們也可以不提高到最高，如果有優(yōu)先級高于上文中提到的A任務(wù)的優(yōu)先級的任務(wù)Z，如果我們使用調(diào)度鎖，Z任務(wù)也是不能被調(diào)度的。而使用互斥信號量，
我們可以把互斥任務(wù)優(yōu)先級提高到高于A但是低于Z的級別，這樣既不會出現(xiàn)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時還能及時響應(yīng)任務(wù)Z。
程序源碼分析：
以下源碼是借鑒uc，使用比較簡單的方式實現(xiàn)的一個任務(wù)調(diào)度模塊，在MDK下調(diào)試，芯片為STM32F103ZET6？梢詫崿F(xiàn)任務(wù)定時切換，簡要描述了ucosii的任務(wù)調(diào)度基本功能。底層代碼使用uc官方移植文件。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
