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第2－5：uC/OS-II 实时操作系统1目录：2.5.1概述2.5.2任务栈切换方法2.5.3优先级别算法2.5.4任务通信－使用邮箱2.5.5任务通信－使用消息队列2.5.6对共享资源的互斥访问控制与信号（semaphore）2.5.7任务同步与信号(signal)2.5.8内存分配方法2.5.8缺陷与改进（1：任务调度问题，2：通信问题：任务通信模型与uC/OS-II通信机制的缺陷）附录1：uC/OS-II文件列表附录2：相关函数列表附录3：主要变量和数据类型列表1本章所涉及的操作系统理论知识可参阅各种操作系统教科书，比如《现代操作系统》【美】Andrew S.Tanenbaum著陈向群等译机械工业出版社1999年11月2.5.1概述技术指标uC/OS-II是一个占先式实时多任务操作系统内核，但不支持时间片调度，支持任务间通信，提供了多种对共享资源的访问控制，如禁止切换，调度上锁等。
uC/OS-II的也是一个可剪裁的系统，可以根据需要保留或者删除某些功能，任务数最多可达64个。
下表中给出了2种常用情况下的目标代码大小。
在uC/OS-II中，影响内存大小的数据结构主要包括任务数量，事件控制块数量和任务堆栈大小。
uC/OS-II源代码uC/OS-II的X86版本代码规模约为5000行，包括用于应用任务的例子代码和辅助代码，核心代码约3500行，分布在17 个文件中【详见附录1】。
任务状态uC/OS-II的任务一般会处于以下6状态之一，1.运行态2.就绪态3.等待信号量4.等待邮箱消息5.等待消息队列消息6.挂起在某一时刻，系统中只会有一个任务处于“运行态”，处于其他各种状态的任务数量没有限制，“挂起态”的进入是任务主动进行的，其他状态一般由各种外部因素造成。
只有处于“就绪态”的任务才可能成为下个要执行的任务。
任务切换过程和优先级别算法uC/OS-II不支持时间片调度切换，而仅仅提供按任务优先级别的切换，提供了2种任务切换方式，主动切换和被动切换，前者是应用任务通过调用系统函数自动将自己挂起，后者是操作系统根据当前任务运行情况，将正在运行的任务强制挂起，从而切换到另一个任务执行。
面向二十一世纪的嵌入式系统设计技术第五讲：ucOS/II 实时操作系统RTOS(一)：ucOS/II2002 年 1 月任课教员：徐欣主讲教员：习勇国防科大电子科学与工程学院嵌入式系统开放研究小组博士博士1What is uC/OS? u: Micro C:controluC/OS : 适合于小的、控制器的操作系统小巧公开源代码，详细的注解可剥夺实时内核可移植性强多任务确定性2002/112美国人The Story of uC/OSJean Labrosse 1992 年编写的商业软件的昂贵应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等1998 年uC/OS-II ，目前的版本uCOS-II2002/11uC/OS-II V2.513嵌入式操作系统—uC/OS概要内核结构- 任务以及调度机制任务间通信uC/OS 的移植在PC 机上运行uC/OS2002/114—uC/OS任务task嵌入式操作系统典型的一个无限循环。
void mytask(void *pdata)for (;;) {do something;waiting;do something;支持64 个任务，每个任务一个特定的优先级。
优先级越高，数字越小系统占用了两个任务，空闲任务和统计任务。
2002/115嵌入式操作系统—uC/OS任务的数据结构—任务控制块任务控制块OS_tcb ，包括任务堆栈指针，状态，优先级，任务表位置，任务链表指针等。
所有的任务控制块分为两条链表，空闲链表和使用链表。
新任务TCB(1) TCB0 TCB1next pre(2)(3)OSTCBFreeList图4.3TCB的双向链表结构TCBn空2002/116任务控制块结构嵌入式操作系统—uC/OSStruct os_tcb {OS_STK*OSTCBStkPtr;struct os_tcb*OSTCBNext;struct os_tcb*OSTCBprev;OS_EVENT *OSTCBEventPtr;void *OSTCBMsg;INT16U OSTCBDly;INT8U OSTCBStat;INT8U OSTCBPrio;INT8U OSTCBX, OSTCBY, OSTCBBitX, OSTCBBitY; } OS_TCB2002/117任务的状态OSTCBStat运行，就绪，等待，挂起OSTCBStat低四位挂起队列邮箱信号量可以有多个准备就绪的任务，但一个时刻只有一个任务可以运行，OSHighRdy2002/118任务的调度--OSScheduC/OS 是占先式实时多任务内核，优先级最高的任务一旦准备就绪，则拥有所有权开始投入运行。
μC/OS是一个特殊风格的嵌入式操作系统，它有多个版本，可以适应从x86到8051的各种不同类型不同规模的嵌入式系统，原先代码开放，但某些改进版本，代码不开放。
1、μC/OS-II 的特点可移植性：绝大部分μC/OS的源码是用移植性很强的ANSI C写的，和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的，汇编语言写的部分已经压到最低限度。
可固化：μC/OS是为嵌入式应用而设计的，用户可以通过固化手段将μC/OS 嵌入到产品中成为产品的一部分。
可裁减：μC/OS系统由多个相对独立的、短小精炼的目标模块组成，用户可根据需要选择适当模块来裁剪和配置系统，这样，通过目标模块之间的按需组合，可以减少产品中的μC/OS所需的存储空间，这种裁减性是靠条件编译实现的。
占先式：μC/OS完全是占先式的实时内核，即μC/OS总是运行就绪条件下优先级最高的任务。
多任务：μC/OS可以管理64个任务，每个任务的优先级必须是不同的，其中系统占用8个，应用程序最多可以有56个任务。
可确定性：全部μC/OS的函数调用与服务的执行时间是可知的，即μC/OS系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。
任务栈：μC/OS允许每个任务有不同的堆栈空间，以便压低应用程序对RAM 的需求。
系统服务：μC/OS有多个相对独立的、短小精炼的目标模块组成，这些模块有：任务管理、时间管理、任务间的通信与同步、内存管理。
其中：任务管理提供建立任务、删除任务、请求删除任务、任务的堆栈检查、改变任务的优先级、挂起任务、恢复任务和任务信息查询的系统调用；时间管理提供任务延时、取消任务延时和查询系统时间的系统调用；任务间通信与同步提供基于信号量、邮箱和消息队列机制的系统调用；内存管理提供内存分区的建立、分配、释放和查询的系统调用。
中断管理：中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255层。
UC/OS-II内核调度分析一．内核概述：多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通讯。
内核提供的基本服务是任务切换。
之所以使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，是因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。
内核本身也增加了应用程序的额外负荷，代码空间增加ROM的用量，内核本身的数据结构增加了RAM的用量。
但更主要的是，每个任务要有自己的栈空间，这一块吃起内存来是相当厉害的。
内核本身对CPU的占用时间一般在2到5个百分点之间。
UC/OS-II有一个精巧的内核调度算法,实时内核精小，执行效率高，算法巧妙,代码空间很少。
二．UC/OS-II内核调度特点：1．只支持基于优先级的抢占式调度算法，不支持时间片轮训；2．64个优先级,只能创建64个任务,用户只能创建56个任务；3．每个任务优先级都不相同。
4．不支持优先级逆转；5．READY队列通过内存映射表实现快速查询。
效率非常高；6．支持时钟节拍；7．支持信号量，消息队列，事件控制块，事件标志组，消息邮箱任务通讯机制；8．支持中断嵌套，中断嵌套层数可达255层，中断使用当前任务的堆栈保存上下文；9．每个任务有自己的堆栈，堆栈大小用户自己设定；10．支持动态修改任务优先级；11．任务TCB为静态数组，建立任务只是从中获得一个TCB，不用动态分配，释放内存；12．任务堆栈为用户静态或者动态创建，在任务创建外完成，任务创建本身不进行动态内存分配；13．任务的总个数（OS_MAX_TASKS）由用户决定；14．0优先级最高，63优先级最低；15．有一个优先级最低的空闲任务,在没有用户任务运行的时候运行.三．任务控制块OS_TCB描述：UC/OS-II的TCB数据结构简单，内容容易理解，保存最基本的任务信息，同时还支持裁减来减小内存消耗，TCB是事先根据用户配置，静态分配内存的结构数组，通过优先级序号进行添加，查找，删除等功能。
uCOS-II任务调度过程ucos-II是基于任务优先级抢占式任务调度法的，就是内核在管理调度时，调用任务切换函数（一般为SSched()），在该函数中将此时已处于就绪状态（条件一）并且为最高优先级（条件二）的任务的保存于其栈中的相应信息压入cpu寄存器中（软中断完成），然后cpu 开始运行该任务的代码。
内核是何时进行任务调度的呢？虽然uC/OS-II是可被剥夺资源的内核（高优先级可强行占有低优先级正在使用的资源），但此事发生的前提是内核实时"检测"到了更高就绪的优先级了，那么内核是怎样来实时检测的呢？带着这个问题让我们再来看看任务的结构——里边有函数OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC)，一看就知道这是个延时函数，除了延时外它还会有其他用途呢？经查看其源码了解到里边有一条代码：OSSched()，对，函数OSTimeDly()的作用就是将此时正在运行的函数挂起（保存任务控制块OS_TCB中的相应信息）（任务控制块OS_TCB是系统分配给每个任务的信息存储单元），然后调用函数OSSched()进行任务切换，进而执行就绪的最高优先级任务。
此刻，我们了解到uCOS-II的任务切换是在执行的任务中调用延时函数OSTimeDly()进行的。
现在，还有一个问题还没解决，就是当延时到了，内核如何将资源返还给被延时挂起的任务？我们先来了解一下任务控制块（OS_TCB）,任务控制块是一个数据结构，当任务的cpu使用权被剥夺时，uC/OS-II用它来保存该任务的状态。
当任务重新得到cpu使用权时，任务控制块确保任务从当时被中断的那一点丝毫不差地继续执行。
OS_TCB全部驻留在RAM中。
在OS_TCB中有一项时间延时项OSTCBDly，调用函数OSTimeDly()过程中有一步骤就是给OSTCBDly赋延时值。
uC/OS—II中有函数OSTimTick()，叫时钟节拍函数，它的一项工作就是给每个用户任务控制块OS_TCB中的时间延迟项OSTCBDly减1（如果该项不为零），当某项任务的任务控制块中的时间延时项OSTCBDly减为0时，这个任务就进入了就绪态，等待任务切换。
