RTOS uCOS-II 原理及应用
- 格式:ppt
- 大小:467.00 KB
- 文档页数:23
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。
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. OSTaskCreate()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。
7. uC/OS-II预定义了两个为应用程序服务的系统任务:空闲任务:每个应用程都必须使用的,是CPU处于空闲时有事可做,也可在其中添加用户工作代码;统计任务:根据实际需要进行选择使用。
RTOS内存管理算法概论:内存管理实际就是对堆里面的储存空间进行管理,对于向Windows或者Linux都是由操作系统自己管理的。
因为是RTOS,本实验环境的背景是Ucos-II,其本身的内存管理不能灵活动态的管理系统的内存。
对于嵌入式实时操作系统,内存管理要求系统的响应时间要快,同时要能有效的使用有限的内存资源。
1.本算法的原理概述:硬件使用S3C2440,软件是基于UCOS-II版本。
主要的原理是:系统的堆内存在使用的过程中由一些列的结构体管理。
系统存在三个链表,分别是地址链表、空闲内存块链表、使用内存块链表。
在当任务请求一个内存块的时候,首先是在空闲链表中寻找满足的内存块,如果没有满足的,然后再在堆中获取一块内存块。
当释放内存块时,将释放后的内存块顺序插入到空闲链表中。
地址链表记录着系统中在使用的或者没有使用的内存块按照地址顺序链接的表。
使用链表记录着系统中正在使用的链表,没有排序。
空闲链表记录着系统中空闲着的链表,是按照从小到大的顺序排序组织。
系统还专门开辟一个任务,负责处理空闲链表中的相连块的合并操作。
当系统处于空闲状态时,系统进入内存管理任务,此任务检查是否有需要合并的空闲内存块,如果有,则合并之。
2.算法中涉及到的数据结构:typedef struct mem_control_block {unsigned int is_available; //这是一个标记unsigned int size; //这是实际空间的大小,用户需要的空间字对齐之后的空间struct mem_control_block * p_addr_next;/* 初始化的时候建立*/struct mem_control_block * p_size_next;/* 按照大小排序用的*/struct mem_control_block * p_used_next;/* 在使用的过程中的排序*/void * addr;/* 记录分配给用户的地址*/};数据结构说明:mem_control_block用于管理内存块的结构体记录了内存块是否有效、内存块的实际大小(注意这个大小是用户能够得到的大小),实际开辟的大小是用户得到的大小+结构体信息所占用的大小。
根据给定的优先级通过设定就续表,使任务进入就绪态(参见程序清单L3.1.7)的例子:●假设要使优先级为12的任务进入就绪状态,12(1100b)即任务的标识号,就是要将OSRdyTbl[1]的第4位置1,且将OSRdyGrp的第1位置1。
依照算法,将该任务放入就绪表的相应数学表达式为:OSRdyGrp |=0x02 ;OSMapTbl[12>>3]OSRdyTbl[1] |=0x10 ;OSMapTbl[4]●而要让优先级为21的任务进入就绪态,21(10101b)即任务的标识号,就是要将OSRdyTbl[2]的第5位置1,且将OSRdyGrp的第2位置1。
依照算法,将该任务放入就绪表的相应数学表达式为:OSRdyGrp |=0x04 ;OSMapTbl[21>>3]OSRdyTbl[2] |=0x20 ;OSMapTbl[5]从上面的计算可知:若要将OSRdyGrp及OSRdyTbl[]的第n位置1,可通过分别把OSRdyGrp及OSRdyTbl[]的值与2n 相或来实现。
在μC/OS-Ⅱ中,已经把2n的n=0-7的8个值先计算好作为常数存在数组OSMapTbl[7]中了,这正是前面的表3.1 OSMapTbl[]: OSMapTbl[0] = 20 = 0x01(0000 0001)OSMapTbl[1] = 21 = 0x02(0000 0010)……OSMapTbl[4] = 24 = 0x10(0001 0000)……OSMapTbl[7] = 27 = 0x80(1000 0000)(4)任务调度器调度是内核的主要职责之一,就是要决定该轮到哪个任务运行了。
在时间片轮转调度法中,当两个或两个以上任务有同样优先级,内核允许一个任务运行事先确定的一段时间片,然后切换给另一个任务。
所以,也叫做时间片调度。
内核在满足以下条件时,把CPU控制权交给下一个处于就绪态的任务:●当前任务已无事可做●当前任务在时间片还没结束时已经完成了。
③链接器选项设置。
在Debug Settings 对话框中选择ARM Linker 列表项,将出现如图1-15所示的ARM Linker选项组对话框。
其中Output 选项卡用于控制链接器进行链接操作的类型。
选择Simple链接类型时,在Output 选项卡的Simple image 文本框中设置链接的Read-Only (只读)和Read-Write(读写)地址,如图2-5所示,链接器将依照所设定的地址映像方式,生成简单的ELF格式的映像文件。
地址0x30008000是开发板上SDRAM 的真实地址,是由系统的硬件决定的。
0x30200000 指的是系统可读写的内存地址。
也就是说,在0x30008000∼0x30200000 之间是只读区域,存放程序的代码段,从0x30200000 开始是程序的数据段,可读可写。
图1-15 设置链接地址范围以上只是一种简单设置,如果程序需要用到标准C 库函数时,可使用scatter 文件来设置链接地址;在标准C 中使用malloc 及其相关的函数,需要使用系统的堆(Heap)空间时,也可以通过scatter 文件来描述系统HEAP 段的位置。
这时,需要按图1-16进行链接地址的设置。
图1-16 通过scatter 文件设置链接地址如图1-16,在Output 选项卡中,选择LinkType 为Scattered,输入scatter文件名为scat_ram.scf;然后切换到Options 选项卡在Image Entry Point 框中输入0x30008000,把程序的入口定位在0x30008000。
(也可以在图1-16 的Command Line 框中直接输入-entry 0x30008000 -scatter scat_ram.scf 进行上述设置。
)针对2410-S 开发板,scat_ram.scf 文件内容如下:LOAD 0x30008000 ;load region{RAM_EXEC +0 ;PC{startup.o (init, +FIRST)* (+RO)}L0PAGETABLE 0x30200000 UNINIT ;about 2MByte offset SDRAM{pagetable.o (+ZI)}STACKS +0x100000 UNINIT ;64KByte under L0 pagetable{stack.o (+ZI)}RAM +0{* (+RW,+ZI)}HEAP +0 UNINITheap.o (+ZI)}EXCEPTION_EXEC 0 OVERLAY ;exception region{exception.o (+RO)}}该文件创建了一个RAM_LOAD程序区域,起始地址为0x30008000和6个数据区域(ROM_EXEC, RAM_EXEC, RAM, HEAP, STACKS, EXCEPTION_EXEC)。
《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。