嵌入式实时操作系统uCOS-II

实时操作系统UCOS-II,学会RTOS给你的身价增值如果，你最近关注一些嵌入式招聘职位描述，你可能会经常看到看到使用过uCOS、Vxworks、QNX等RTOS者优先。

随便打开一个20K的嵌入式开发工作职责：你会发现熟悉RTOS的开发、移植、剪裁真的很吃香！今天，我们就来介绍一下实时操作系统UCOS-II。

一、嵌入式操作系统概览嵌入式操作系统的主要好处就是屏蔽了底层硬件的差别，给上层应用提供统一的接口，并管理进程调度和资源（如CPU时间、内存）分配等。

并且可以充分利用硬件资源，如在单任务时（大循环结构，如大部分51程序）遇到delay函数时，CPU在空转。

而在多任务系统，遇到delay或需等待资源时系统会自动运行下一个任务，等条件满足再回来运行先前的任务，这样就充分利用了CPU，提高了效率。

uC/OS操作系统与裸机程序的最大不同点就在于uC/OS有任务调度，可以根据任务的重要程度（优先级）优先执行重要的任务，从而确保能及时处理最重要的数据。

（所以对于一个系统有必要使用OS的判断是能否划分一个个的任务，并且各任务间的耦合很小）可以思考下裸机程序中断的时候发生的过程。

利用堆栈可以很自由的在A、B中切换，如果切换足够快，A、B看以来好像同时在执行，这就是并行，A、B就是任务。

如果这个切换操作放到定时器函数中来做，就可以严格按照时间来切换。

另外，各个任务之间有存在一定的关系，有逻辑上的先后等，必须引进全局的结构体、变量来标记一些信息，全局的这些数据是不会被释放的，所以所有的任务可以去通过读、写这些数据来实现各个程序块交流信息，实现所谓的同步、互斥。

这就是操作系统的原理，而这些不同的通信方式按功能细分就成事件管理、内存管理等。

uC/OS-II北京邮电大学计算机学院 邝 坚 2011年10月教材及参考文献《嵌入式实时操作系统 uC/OS-II(第2 版)》,Jean brosse, 邵贝贝, 北航出版 社, 2003年1月uC/OS-II的主要特点实时性可确定：绝大多数系统服务的执行时间具有可确定 性，不依赖于用户应用程序Task数目的多少。

多任务、独立栈：最多64个Task，基于优先级抢占调度方 式。

每个Task有自身独立的堆栈。

可裁减性：系统最小可裁减到几K到十几K，这种裁减还可 以做到基于函数级。

可移植性：与CPU体系结构相关部分用汇编编写，其他功 能组件CPU无关。

可靠、稳定性：由整个系统设计来保证，市场验证。

美国 联邦航空管理局（FAA）认证。

开源代码：内核约5500行C代码。

可固化：面向嵌入式应用。

系统功能实时内核 任务管理 时间管理 信号量、互斥信号量管理 事件标志组管理 消息邮箱管理 消息队列管理 内存管理 …Targets x86 68k PPC CPU32 i960 SPARC ARM MIPS XScale …Typical development configurationEthernetRS-232Development HostTargetTypical scenario:1. Boot target. 4. Download object module. 2. Attach target server. 5. Test & Debug. 3. Edit & compile. 6. Return to 3 or 1 as necessaryMulti-TaskingTask是代码运行的一个映像，从系统的角 度看，Task是竞争系统资源的最小运行单 元。

Task可以使用或者等待CPU、I/O设备 及内存空间等系统资源，并独立于其它的 Task，与它们一起并发运行。

Task OperationPriority-base preemptive scheduling（基 于优先级的抢占式调度）Task调度器上锁和开锁给调度器上锁函数OSSchedlock() 用于临 时禁止任务调度，直到任务完成后调用给 调度器开锁函数OSSchedUnlock()为止。

第一章1.什么是操作系统？它应具备什么功能？操作系统是控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合。

功能：1.计算机硬件的封装和扩充；2.计算机资源的管理，包括处理器管理、存储器存储空间管理、外部输入输出(I/O)设备管理、文件管理、网络和通信管理、提供用户接口。

2.简述嵌入式操作系统与普通操作系统的区别。

嵌入到对象体系中,为实现对象体系智能化控制的计算机系统,简称嵌入式系统。

嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。

3.什么是实时系统？对实时系统有什么要求？如果一个系统能及时响应外部事件的请求，并能在规定的时间内完成对事件的处理，这种系统称为实时系统。

对实时系统的两个基本要求：1.实时系统的计算必须产生正确的结果，称为逻辑或功能正确。

2.实时系统的计算必须在预定的时间内完成，称为时间正确。

4.什么是可剥夺内核？当一个进程正在被处理器所运行时,其他就绪进程可以按照事先规定的规定的规则,强行剥夺正在运行进程的处理器使用权,而使自己获得处理器使用权并得以运行。

5.计算：RM 等三种算法；实时进程的可调度性。

一个事件发生周期为T ＝200ms ，一般需要运行50ms 才完毕。

试按RM 算法确定该进程的优先级别prio 。

答：如果取k=1，根据T=200ms=0.2S ，则T k prio1=结果：prio=5。

假如有三个同时发生的周期型进程：进程1，进程2，进程3，周期分别为P1=70ms ，P2=80ms ，P3=30ms ，它们完成任务的时间分别为：C1=20ms ，C2=15ms ，C3=10ms 。

第一章：范例在这一章里将提供三个范例来说明如何使用 µC/OS-II。

笔者之所以在本书一开始就写这一章是为了让读者尽快开始使用 µC/OS-II。

在开始讲述这些例子之前，笔者想先说明一些在这本书里的约定。

这些例子曾经用Borland C/C++ 编译器（V3.1）编译过，用选择项产生Intel/AMD80186处理器（大模式下编译）的代码。

这些代码实际上是在Intel Pentium II PC （300MHz）上运行和测试过，Intel Pentium II PC可以看成是特别快的80186。

笔者选择PC做为目标系统是由于以下几个原因：首先也是最为重要的，以PC做为目标系统比起以其他嵌入式环境，如评估板，仿真器等，更容易进行代码的测试，不用不断地烧写EPROM，不断地向EPROM仿真器中下载程序等等。

用户只需要简单地编译、链接和执行。

其次，使用Borland C/C++产生的80186的目标代码（实模式，在大模式下编译）与所有Intel、AMD、Cyrix公司的80x86 CPU兼容。

1.00 安装 µC/OS-II本书附带一张软盘包括了所有我们讨论的源代码。

是假定读者在80x86，Pentium，或者Pentium-II处理器上运行DOS或Windows95。

至少需要5Mb硬盘空间来安装uC/OS-II。

请按照以下步骤安装：1.进入到DOS（或在Windows 95下打开DOS窗口）并且指定C：为默认驱动器。

2.将磁盘插入到A：驱动器。

3.键入 A：INSTALL 【drive】注意『drive』是读者想要将µC/OS－II安装的目标磁盘的盘符。

INSTALL.BAT 是一个DOS的批处理文件，位于磁盘的根目录下。

它会自动在读者指定的目标驱动器中建立\SOFTWARE目录并且将uCOS-II.EXE文件从A：驱动器复制到\SOFTWARE并且运行。

µC/OS－II将在\SOFTWARE目录下添加所有的目录和文件。

μCOS-Ⅱ的主要特点_μCOS-II实时操作系统概述1．源代码开放嵌入式实时操作系统μC/OS-II公开全部的程序清单。

绝大部分μC/OS-II的源代码是用移植性很强的ANSI C编写的，和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言编写的。

汇编语言编写的部分已经压缩到最低限度，使得μC/OS-II便于移植到其他微处理器上。

由于代码的开放性，使用者可以清楚地了解该操作系统各个方面的设计细节，通过自己修改源代码，来构造符合应用需求的操作系统环境。

2．可移植性μC/OS-II可以移植到许多微处理器上，条件是只要该微处理器有堆栈指针，有CPU内部寄存器入栈、出栈指令。

另外，使用C编译器必须支持内嵌汇编（inline assembly）或者该C语言可扩展、连接模块，使得关中断、开中断能在C语言程序中实现。

μC/OS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。

3. 可固化性μC/OS-Ⅱ是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要有固化手段（C编译、连接、下载和固化），μC/OS-II就可以嵌入到产品中成为当中的一部分。

4．可裁剪性在实际应用中，可以只使用μC/OS-II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几个μC/OS-II功能调用，而另一个产品则使用了几乎所有μC/OS-II的功能。

这样可以减少产品中的μC/OS-II所需的存储空间（RAM和 ROM）。

这种可裁剪性是靠条件编译实现的。

只要在用户的应用程序中（用#def ine constants语句）定义那些μC/OS-II中的功能是应用程序需要的就可以了。

5．抢先式μC/OS-II是抢先式的实时内核。

这就意味着μC/OS-II总是运行就绪条件下优先级最高的任务。

大多数商业内核都是抢先式的，μC/OS-II在性能上和它们类似。

6．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。