uCOS-II 原理及应用 -- 2
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uC/OS-II是源码开放、可固化、可移植、可裁剪、可剥夺的实时多任务OS 内核,适用于任务多、对实时性要求较高的场合。
uC/OS-II适合小型系统,具有执行效率高、占用空间小、实时性优良和可扩展性等特点,最小内核可编译至2K。
uC/OS-II内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。
所谓RTOS移植,就是使一个实时内核能在某个微处理器或微控制器上运行。
大部分的uC/OS-II代码试用C写的,但仍需要用C和ASM写一些与处理器相关的代码,这是因为uC/OS-II在读写处理器寄存器时只能通过ASM实现。
要是uC/OS-II正常运行,处理器必须满足一定的条件:处理器的C编译器能产生可重入代码;用C语言就可以打开和关闭中断;处理器支持中断,并能产生定时中断;处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈;处理器有将SP和其他CPU reg读出和存储到堆栈或内存中的指令;uC/OS-II移植工作主要包括以下三个方面的内容:(1)修改与处理器核编译器相关的代码:主要在includes.h中,修改数据类型定义说明,OS_ENTER_CRITICAL()、OS_EXIT_CRITICAL()和堆栈增长方向定义OS_STK_GROWTH。
(2)用C语言编写10个移植相关的函数:主要在OS_CPU_C.C中,包括堆栈初始化OSTaskStkInit()和各种回调函数。
(3)编写4个汇编语言函数:主要在OS_CPU_A.ASM中,包括:_OSTickISR //时钟中断处理函数_OSIntCtxSW //从ISR中调用的任务切换函数_OSCtxSW //从任务中调用的任务切换函数_OSStartHighRdy //启动最高优先级的任务uC/OS-II移植的关键问题:(1)临界区访问:uC/OS-II需要先禁止中断再访问代码临界段,并且在访问完毕后重新允许中断,这就使得uC/OS-II能够保护临界段代码免受多任务或ISR的破坏。
uC/OS-II是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核。
要实现多任务机制,那么目标CPU必须具备一种在运行期更改PC的途径,否则无法做到切换。
不幸的使,直接设置PC指针,目前还没有哪个CPU支持这样的指令。
但是一般CPU都允许通过类似JMP,CALL这样的指令来间接的修改PC。
我们的多任务机制的实现也正是基于这个出发点。
事实上,我们使用CALL指令或者软中断指令来修改PC,主要是软中断。
但在一些CPU上,并不存在软中断这样的概念,所以,我们在那些CPU上,使用几条PUSH指令加上一条CALL指令来模拟一次软中断的发生。
再uC/OS-II里,每个任务都有一个任务控制块(Task Control Block),这是一个比较复杂的数据结构。
在任务控制快的偏移为0的地方,存储着一个指针,它记录了所属任务的专用堆栈地址。
事实上,再uC/OS-II内,每个任务都有自己的专用堆栈,彼此之间不能侵犯。
这点要求程序员再他们的程序中保证。
一般的做法是把他们申明成静态数组。
而且要申明成OS_STK类型。
当任务有了自己的堆栈,那么就可以将每一个任务堆栈再那里记录到前面谈到的任务控制快偏移为0的地方。
以后每当发生任务切换,系统必然会先进入一个中断,这一般是通过软中断或者时钟中断实现。
然后系统会先把当前任务的堆栈地址保存起来,仅接着恢复要切换的任务的堆栈地址。
由于哪个任务的堆栈里一定也存的是地址(还记得我们前面说过的,每当发生任务切换,系统必然会先进入一个中断,而一旦中断CPU 就会把地址压入堆栈),这样,就达到了修改PC为下一个任务的地址的目的。
uC/OS-II内核工作原理uC/OS-II是一个源码公开应用于嵌入式的小型的RTOS(实时),由于其内核精简,可理解性和可移植性强,因此广泛应用于小型的嵌入式系统中.内核工作原理:实时嵌入式操作系统mC/OS-II内核的工作原理如图1所示。
首先,在主程序中对操作系统进行初始化,完成uC/OS-II所有变量和数据结构的初始化,包括任务控制块(TCB)初始化,TCB优先级表初始化,TCB链表初始化,事件控制块(ECB)链表初始化以及空闲任务的创建等。
uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用中的一些特点资料概述早在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日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著名的商业内核,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uC/OS-II。
uC/OS-II的特点1.uC/OS-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.uC/OS-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uC/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。
《嵌入式操作系统UCOSII原理及应用》任哲—学习笔记第一章嵌入式实时操作系统的概念1.计算机操作系统:对计算机系统资源进行管理,并向计算机用户提供若干服务。
OR:计算机操作系统是计算机硬件的一个软件包装,它为应用程序设计人员提供了一个更便于使用的虚拟计算机。
2.操作系统功能:1)处理器的管理:(1)中断管理;(2)对处理器工作进行调度;2)存储的管理:3)设备的管理:4)文件的管理:5)网络和通信的管理:6)提供用户接口:3.嵌入式系统:对对象进行自动化控制而使其具有智能化并可嵌入对象体系中的专用计算机系统。
4.嵌入式操作系统:运行在嵌入式硬件平台上,对整个系统及其所操作的部件、装置等资源进行统一协调、指挥和控制的系统软件。
5.实时操作系统:(1)多任务系统;(2)任务切换时间与系统中的任务数无关;(3)中断延时的时间可预知并尽可能短。
第二章uC/OS-II中的任务1.uC/OS-II操作系统内核的主要工作就是对任务进行管理和调度。
2.UC/OS-II的任务组成部分:(1)任务程序代码:任务的执行部分;(2)任务堆栈:保存任务工作环境;(3)任务控制块:保存任务属性。
3.uC/OS-II的两种任务:用户任务:由应用程序设计者编写的任务。
系统任务:系统提供的任务。
4.任务的状态:(1)睡眠状态:是否配置或剥夺任务控制块的配置情况;(2)就绪状态:任务就绪表进行就绪登记,等待优先级,具备运行充分条件;(3)运行状态:获得CPU使用权限,任何时候只有一个任务处于运行状态。
(4)等待状态:正在运行的任务,需要等待一段时间或一件事件发生在运行,暂时交出CPU使用权。
5.用户任务代码结构:任务的执行代码通常是一个无限循环结构,并且在这个循环中可以响应中断,这种结构叫做超循环结构。
6.OSTakCreate()用来创建任务的函数;OSStart()用来启动各项任务的函数,启动后,任务就交由操作系统来管理和调度了。
UC/OS-II嵌入式操作系统原理和在铁路控制信号中的应用作者:徐佑军;郭治国来源:《价值工程》2010年第27期摘要:本文介绍了UC/OS-II实时操作系统的工作原理和特点,并介绍了该操作系统在分散自律调度集中系统(CTC)及微机联锁系统上的应用,以及UC/OS-II系统移植的要点和UC/OS-II信号量的使用例程。
Abstract: The paper introduces the real time operating principle and characteristic of UC/OS-II and introduces the application of UC/OS-II on decentralized and autonomous CTC system and the PC interlock system and the key points for the transplanting of UC/OS-II system and the signal amount sigmatism routine of UC/OS-II.关键词:嵌入式操作系统;分散自律调度集中系统;信号量;DSPKey words: embedded operating system;CTC;signal amount;DSP中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)27-0163-010引言随着信息化产业的迅速发展,铁路系统中如:TDCS、CTC、微机联锁等自动化的控制系统也不断涌现。
由于行车是一个关系到经济效益、关系到人的生命的严肃问题,这就使得在铁路系统中使用自动化控制系统得可靠性、安全性提到一个更高的层面,所以应选择一个安全、可靠、高效的操作系统。
UC/OS-II是著名的、源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于各类8位、16位和32位单片机、DSP或ARM。