RTOSuCOS-II原理及应用.ppt

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1、page 1 2020/11/15 嵌入式实时操作系统 C/OS-II page 2020/11/15 2 第 2章 uC/OS-II 中的任务 page 山东科技大学 信息学院 3 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 4 2020/11/15 第 2章 补充 .目录 1、任务的特性 2、任务的划分目标 3、任务的划分方法 4、任务的可调度性分析 5、任务的执行分类

2、和优先级安排 6、任务设计中的问题 7、系统设计编码实现过程 8、中断服务程序的设计 page 山东科技大学 信息学院 5 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 6 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 复杂问题 “分而治之” 的问题解题思路。 针对目标系统拆分后的 “小且易” 的问题的具 体处理方法编码和数据结构 - 任务。 uC/OS-II的两种任务：系统

3、任务、用户任务。 任务的组成： 任务控制块 - uC/OS-II进行任务管理用的一个数据结构。 任务代码 - 描述任务算法的程序编码。 任务堆栈 - 任务的工作现场环境。 page 山东科技大学 信息学院 7 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 page 山东科技大学 信息学院 8 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 “宏观” 上的多任务并发，实际上是 用单 CPU 进行多任务处理，“微观” 任 何时刻，只能运行一个任务，存在 CPU资 源竞争 - 任务调度、任务现场。 各个任务在多任务系统中也随着环境条 件的情况而具有不同的状态。 任务状态划分也是多任务操作系统的管 理手

4、段。 任务的 5 种状态： Sleep - 仅有编码未激活。 Ready - 已激活并“万事俱备，只欠调度” Running - 正占用 CPU 运行自己。 Wait - 等待某事件发生。 ISR_Sta - Running状态的任务被中断后进 入的状态。 page 山东科技大学 信息学院 9 2020/11/15 任务的状态及其转换 正在运行的任务，需要 等待一段时间或需要等 待一个事件发生再运行 时，该任务就会把 CPU 的使用权让给别的任务 而使任务进入等待状态 。 任务在没有被配备 任务控制块或被剥 夺了任务控制块时 的状态叫做任务的 睡眠状态 系统为任务配备 了任务控制块且 在任务就

5、绪表中 进行了就绪登记， 这时任务的状态 叫做就绪状态。 处于就绪状态的 任务如果经调度 器判断获得了 CPU的使用权 ， 则任务就进入运 行状态 一个正在运行的 任务一旦响应中 断申请就会中止 运行而去执行中 断服务程序，这 时任务的状态叫 做中断服务状态 page 山东科技大学 信息学院 10 2020/11/15 用户任务代码 的一般结构 void MyTask(void *pdata) / 任务的初始化 for ( ; ; ) /超循环构成任务体 可被中断的用户代码片断； OS_ENTER_CRITICAL(); /进入临界区（关中断） 不可被中断的用户代码片断； OS_EXIT_CR

6、ITICAL(); /退出临界区（开中断） 可被中断的用户代码片断； page 山东科技大学 信息学院 11 2020/11/15 用户应用程序 的一般结构 “用户任务” 代码形式上很像 C函数，但他不是 函数！ “任务” 不能被主函数 main( ) 或其他函数调用， 只能被主函数或已激活任务 创建 。 任务的运行由操作系统调度管理。 void MyTask1(void *pdata) void MyTask2(void *pdata) void main( ) OSInit( ); OSTaskCreate( MyTask1, ); OSTaskCreate( MyTask2, ); OS

7、Start( ); page 山东科技大学 信息学院 12 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 在此我们学习了 uC/OS-II 的 3 个系统函数和 2个宏。 OSInit( ) - 初始化 uC/OS-II 环境。 OSTaskCreate( ) - 创建任务系统函数。 OSStart( ) - 启动 uC/OS-II 任务调度器。 OS_ENTER_CRITICAL( ) - 进入临界区 （宏） OS_EXIT_CRITICAL( ) - 退出临界区 （宏） OSInit( ) 函数原型： void OSInit( void ) OSStar( ) 函数原型： void OSS

8、tart( void ) OSTaskCreate( ) 函数原型： INT8U OSTaskCreate( void (*task)(void *pd) , /指向任务的指针 void *pdata , /传递给任务的参数 OS_STK *ptos , /任务堆栈栈顶的指针 INT8U prio /任务的优先级别 ) page 山东科技大学 信息学院 13 2020/11/15 OSTaskCreate( ) 函数使用举例： 定义任务 task_A void task_A(void* pdata) ; /任务初始化部分 while (1) ; /任务功能代码 在系统 “创建” 任务 task

9、_A void main(void) OSInit(); /系统初始化部分 OSTaskCreate( task_A, void * 0, OSStart(); page 山东科技大学 信息学院 14 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 系统任务 空闲任务（ OSTaskIdel( )） 统计任务（ OSTaskStat( )） 原型： void OSTaskIdel(void* pdata) 原型： void OSTaskStat(void* pdata) 空闲任务（ OSTaskIdel( )）使用说明： 1、 uC/OS-II规定用户程序中必须使用 OSTaskIdel。 2、

10、该任务不能用软件删除。 3、该任务是 uC/OS-II初始化时自动创建，其任务优先 级固定为最低级，用户也可修改该任务的业务。 4、目的 - 使 CPU 在没有用户任务可执行时也有事可 做。 统计任务（ OSTaskStat( )）使用说明： 1、功能完成用户任务 CPU 使用率的统计，结果以百分 比的形式存放在变量 OSCPUsage 中。 2、该任务用户可选择使用。 OS_CFG.H文件中的常数 OS_TASK_STAT_EN 设置为 1，使能该函数。 3、用户在 OS_CFG.H中使能该任务后，系统自动创建 该任务，但在用户使用统计数据前必须调用系统 函数 OSStatInit() 先进

11、行初始化。 4、该任务固定拥有次末任务优先级。 page 山东科技大学 信息学院 15 2020/11/15 2.1 任务的基本概念 任务的优先权和优先级别 uC/OS-II 的每个任务都必须有唯一的优先级。 uC/OS-II 最多可以管理 64个优先级别分配给 64个任务。 uC/OS-II 中用一个 8b的整型数来表示优先级别，数字越 小，优先级越高， prio = 0 的任务优先级最高。 uC/OS-II 中使用任务的优先级（ prio）作为 任务句柄 。 用户通过修改 OS_CFG.H 中的宏定义常数 OS_LOWEST_PRIO 的值，约定本用户系统的最大优先 级数。 page 山东

12、科技大学 信息学院 16 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 17 2020/11/15 2.2 任务堆栈 堆栈 - LIFO访问原则组织的连续存储器。 任务堆栈在 uC/OS-II 中的应用： 任务堆栈是任务的三大组成部分之一。 保存 CPU 寄存器现场（ R0R12、 LR、 SPSR 等）。 本 Task 的私有数据。 page 山东科技大学 信息学院 18

13、2020/11/15 2.2 任务堆栈 任务堆栈的创建 - 在创建任务的同时，任务堆栈即被创建。 举例 : #define MyTaskStkSize 64 OS_STK MyTaskStk MyTaskStkSize /在 OS_CPU.H中定义 OS_STK / typedef INT32U OS_STK INT8U OSTaskCreate( void (*task) (void *pd), /指向任务的指针 void * pdata, /传递给任务的参数 MyTaskStk MyTaskStkSize 1 /任务堆栈 栈顶 的指针 INT8U prio /任务的优先级别 ) page

14、山东科技大学 信息学院 19 2020/11/15 2.2 任务堆栈 任务堆栈的使用注意事项 _ 存在两种堆栈形式 递增堆栈 - 进栈操作 向大地址方向发展。 递减堆栈 - 进栈操作 向小地址方向发展。 OSTaskCreate( /指向下一个 TCB的指针 struct os_tcb *OSTCBPrev; /指向前一个 TCB的指针 OS_STK *OSTCBStkPtr; /指向任务堆栈栈顶的指针 INT16U OSTCBDly; /任务等待时间 INT8U OSTCBStat; /任务的当前状态标志 INT8U OSTCBPrio; /任务的优先级别 OS_TCB; page 山东科技

15、大学 信息学院 23 2020/11/15 2.3 任务控制块及任务控制块链表 任务控制块链表 空任务控制块链表（ OSTCBFreeList） 任务控制块链表 （ OSTCBList） - uC/OS-II 用两个链表来管理 TCB page 山东科技大学 信息学院 24 2020/11/15 2.3 任务控制块及任务控制块链表 任务控制块链表 空任务块链表是在 uC/OS-II 初始化（ OSInit()）时系 统自建的，用户可依据目标系统的实际需求，设定其链表 长度。 OS_CFG.H 文件中的宏常数 OS_MAX_TASKS - 用于 定义最大用户任务数。 UCOS_II.H 文件中的

16、宏常数 OS_N_SYS_TASKS - 用 于约定系统任务数，其值固定为 2 。 当应用程序调用函数 OSTaskCreate( )创建 一个任务时，这个函数会调用系统函数 OSTCBInit( )来为任务控制块进行初始化。 这个函数首先为被创建任务从空任务控制块 链表获取一个任务控制块，然后用任务的属 性对任务控制块各个成员进行赋值，最后再 把这个任务控制块链入到任务控制块链表的 头部。 当进行系统初始化时，初始化函数 会按用户提供的任务数为系统创建具 有相应数量的任务控制块并把它们链 接为一个链表。 由于这些任务控制块还没有对应的 任务，故这个链表叫做 空任务块链表 。 即相当于是一些空

17、白的身份证。 page 山东科技大学 信息学院 25 2020/11/15 任务控制块链表 空任务控制块链表 page 山东科技大学 信息学院 26 2020/11/15 uC/OS-II 中提供了系统函数 OSTaskDel( )， 用于删除一个任务 - 实质就是将该任务 的 TCB从 “ 任务控制块列表 ” 移到了 “ 空任务控制块列表 ” 。 2.3 任务控制块及任务控制块链表 任务控制块 就相当于是 一个任务的身份证，没有任 务控制块的任务是不能被系 统承认和管理。 任务控制块链表 page 山东科技大学 信息学院 27 2020/11/15 2.3 任务控制块及任务控制块链表 任务控

18、制块链表其他相关系统管理变量 OSTCBPrioTbl ： OS_TCB* 数据类型的数组， 以 Prio 为下标存放已使能的 TCB 指针。用 于加速 TCB 的访问。 OSTCBCur：全局系统变量，指向当前正在 运行的任务的 TCB 。 OSTCBFreeList、 OSTCBList OSTCBTbl - OSInit()建立的任务控制块数组 OSTCBPrioTbl - 任务控制块优先级数组 OSTCBCur page 山东科技大学 信息学院 28 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任

19、务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 29 2020/11/15 补充：多任务 OS - 的基本工作方式 page 山东科技大学 信息学院 30 2020/11/15 什么是多任务系统 简单地说，就是能用一个处理器 并发（注意，不是同时！ ） 地运行多个程序的计算机管理系统。 并发 ： 由同一个处理器轮换地 运行多个程序。或者说是由多个 程序轮班地 占用 处理器这个资源。 且在占用这个资源期间，并不一 定能够把程序运行完毕。 并发过程 示意图 处理器如何进行程序的 切换？ page 山东科技大学 信息

20、学院 31 2020/11/15 程序的切换（两句话） 处理器是个傻瓜， PC让 它干啥，它就干啥。 PC是个指路器，它指向哪 儿，处理器就去哪儿。 从此可以知道，哪个程 序占有了 PC，哪个程序 就占有了处理器。 哪个人占有了一个姑娘 的 芳心 ，哪个人就 深刻地理解 PC是理解系统 进行程序切换动作的关键。 page 山东科技大学 信息学院 32 2020/11/15 所谓切换就是： PC 目标地址 如何操作 PC 指令： 不同的计算机类型的指 令是不同的。 数据传送指令 子程序返回指令（ 由堆 栈弹出 ） 中断、中断返回指令 （ 由堆栈弹出 ） page 山东科技大学 信息学院 33 2

21、020/11/15 小结 系统是通过把待运行程 序的地址赋予程序计数 器 PC来实现程序的切换 的。 page 山东科技大学 信息学院 34 2020/11/15 任务代码 任务堆栈 内存 处理器 PC SP 任务运行时与 处理器之间的关系 处理器通过两个指针寄存 器（ PC和 SP）来与任务 代码和任务堆栈建立联系 并运行它 寄存器组 程序运行环境 运行环境包括了两部分： 处理器中的运行环境和 内存中的运行环境 page 山东科技大学 信息学院 35 2020/11/15 任务代码 任务堆栈 内存 处理器 PC SP 多任务时的问题 任务代码 任务堆栈 内存 任务代码 任务堆栈 内存 ？ 当

22、有多个任务时，处理 器中的运行环境应该怎 么办？ 寄存器组 程序运行环境 page 山东科技大学 信息学院 36 2020/11/15 程序 虚拟 处理器 PC SP 虚拟 处理器 PC SP 虚拟 处理器 PC SP 虚拟 处理器 PC SP 调度器 多任务时任务与处理器之间关系的处理 程序 处理器 PC SP 在内存中为每个任 务创建一个虚拟的 处理器（处理器部 分的运行环境 由操作系统的 调度 器 按某种规则来进 行这两个复制工作 复制 当需要运行某个任务时 就把该任务的虚拟处理 器复制到实际处理器中 复制 当需要中止当前任 务时，则把任务对 应的虚拟处理器复 制到内存 复制 再把另一个

23、需要运行的任 务的虚拟处理器复制到实 际处理器中 寄存器组 寄存器组 也就是说，任务的切换是 任务 运行环境的切换 page 山东科技大学 信息学院 37 2020/11/15 虚拟处理器 虚拟处理器应该存储的主要信息： 1。程序的断点地址（ PC） 2。任务堆栈指针（ SP） 3。程序状态字寄存器（ PSW） 4。通用寄存器内容 5。函数调用信息（已存在于堆栈） 这些内容通常保存 在任务堆栈中，这 些内容也常叫做任 务的上下文。 其实，程序切换的关键是 把程序的 私有堆栈指针 赋 予处理器的堆栈指针 SP 实质上系统是通过 SP的切换 来实现程序的切换的。 要建立一个概念： 具有控制块的程序

24、才是一个可以 被系统所运行的任务。 程序代码、私有堆栈、任务控制 块 是任务的三要件。 任务控制块提供了运行环境的存 储位置。 page 山东科技大学 信息学院 38 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 多任务操作系统的核心工作就是任务调度 。 所谓 调度 ， 就是通过一个算法在多个任务中 确定该运行的任务 ， 做这项工作的函数就叫做 调度器 。 C/OS_II进行任务调度的思想是 “ 近似地每 时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行 状态 ” 。为了保证这一点，它 在系统或用户任 务调用系统函数及执行中断服务程序结束时总 是调用调度器，来确定应该运行的任务并运行 它 。 C

25、/OS_II进行任务调度 的依据就是 任务就绪表 page 山东科技大学 信息学院 39 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 任务就绪表的结构 为了能够使系统清楚地知道，系统中哪些任务已 经就绪，哪些还没有就绪， C/OS_II 在 RAM中设立 了一个记录表， 系统中的每个任务都在这个表中 占据一 Bit 的位置，并用这个位置的状态（ 1或者 0） 来表示任务是否处于就绪状态 ，这个表就叫做任 务就绪状态表，简称叫 任务就绪表 - 一个 INT8U 的数组 OSRdyTbl 充当，最多 8个元素，可以标示 64个任务。 page 山东科技大学 信息学院 40 2020/11/

26、15 就是一个二维数组 OSRdyTbl page 山东科技大学 信息学院 41 2020/11/15 为加快访问任务就绪表的 速度，系统定义了一个变 量 OSRdyGrp来表明就绪表 每行中是否存在就绪任务。 OSRdyTbl 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1

27、/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 OSRdyGrp D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 任务就绪表的示意图 0 1 2 3 4 5 6 7 x y 0 1 2 3 4 5 6 7 page 山东科技大学 信息学院 43 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 任务优先级数据结构分析 uC/OS-II 最多管理 64个任务， Prio值域： 0 63，对应 的二进制数 000,000 111,111（

28、6bit）， OSRdyGrp （任务组就绪变量） 8 bit，任务就续数组元素 OSRdyTbl 也是 8bit。 prio.D5:3 - 对应 OSRdyTbl 的 下标（任务组号 x ）， 也对应 OSRdyGrp 的位号。 prio.D2:0 -对应 OSRdyTbl 元素的位号（任务组号 y ） 备注：这就是 prio 的值和任务就绪表的映射关系。 page 山东科技大学 信息学院 44 2020/11/15 举例： prio = 29 的任务在任务就续表中的表示。 prio = 29 ， 其 8 进制表示为： 35 O OSRdyGrp D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D

29、0 1 1 1 1 0 0 0 0 prio=29 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 OSRdyTbl3 prio 为 29的任务就绪状态在任务就绪表中的表示 Y X page 山东科技大学 信息学院 45 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 依照 prio “置 /清” 任务就绪表的操作 OSMapTbl0 = 0000,0001B OSMapTbl1 = 0000,0010B OSMapTbl2 = 0000,0100B OSMapTbl3 = 0000,1000B OSMapTbl4 = 0001,00

30、00B OSMapTbl5 = 0010,0000B OSMapTbl6 = 0100,0000B OSMapTbl7 = 1000,0000B 在 uC/OS-II 中预定义了一个 OSMapTbl 数组： page 山东科技大学 信息学院 46 2020/11/15 OSRdyGrp D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 1 0 0 0 0 prio=29 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 OSRdyTbl3 操作：把 prio为 29的任务置为就绪状态 Y X OSRdyGrp | = OSMap

31、Tbl prio3 ; OSRdyTbl prio3 | = OSMapTbl prio OSMapTbl0 = 0000,0001B OSMapTbl1 = 0000,0010B OSMapTbl2 = 0000,0100B OSMapTbl3 = 0000,1000B OSMapTbl4 = 0001,0000B OSMapTbl5 = 0010,0000B OSMapTbl6 = 0100,0000B OSMapTbl7 = 1000,0000B 在程序中 ， 可以用下面的代码把优先级别为 prio 的任务置为就绪状态： OSRdyGrp | = OSMapTblprio3; OSRdy

32、Tblprio3 | = OSMapTblprio 使用如下代码可使一个优先级别为 prio的任务 脱离就绪状态： if(OSRdyTblprio3 page 山东科技大学 信息学院 47 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 任务就绪表的操作 从 prio 到就绪表 ( OSRdyGrp、 OSRdyTbl ) 的操作（进入 /脱离 - 就绪状态）。 从就绪表 ( OSRdyGrp、 OSRdyTbl )的当前 状态（位图）到最高优先级别 prio 的（任务） 映射操作。 page 山东科技大学 信息学院 48 2020/11/15 2.4 任务就绪表及任务调度 依照任务就绪表

33、的状态计算 prio 的操作 INT8U const OSUnMapTbl = 0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, 4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, 5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, ; 备注：该数组共计 256个元素，详见 Book page32 （亦称之为 优先级判定表 ） 在 uC/OS-II 中预定义了一个 OSUnMapTbl 数组： page 山东科技大学 信息学院 49 2020/11/15 OSRdyGrp D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 1 0 0 0 0

34、 prio=29 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 OSRdyTbl y x = OSUnMapTblOSRdyTbly; 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 y = OSUnMapTblOSRdyGrp; 图 5-6 在就绪表中查找最高优先级别任务的过程 说明：在 “按图索骥” 算法中，对于所有的任务其 “索骥” 时间都是一致 的。 S1、以系统变量 OSRdyGrp 为下标，查 OSUnMapTbl 表，可得 y 。 S2、以 OSRdyTbl 的第 y 元素为下标，查 OSUnMapTbl 表，可得

35、 x 。 page 山东科技大学 信息学院 50 2020/11/15 用下代码可从任务就绪表中获取优先级别最高的就绪任 务 （ prio） ： y = OSUnMapTalOSRdyGrp; / D5、 D4、 D3位 x = OSUnMapTalOSRdyTbly; / D2、 D1、 D0位 prio = (y3)+x; / 优先级别 或 y = OSUnMapTblOSRdyGrp; prio = (INT8U)(y OSTCBStkPtr 4. 获得待运行任务 TCB 5. 获得待运行任务 TCB-OSTCBStkPtr 6. 恢复待运行任务 CPU现场（不包含 PC） 7. 切换

36、CPU.PC ，使 CPU接续运行待运行 Task断点。 备注： Step1 - 中断方式保护； Step7 - IRET指令恢复 PC；汇编 语言编程 OS_TASK_SW( ) - 直接操作寄存器 page 山东科技大学 信息学院 60 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 61 2020/11/15 2.5 任务的创建 任务的创建 - 创建该任务的 TCB；在

37、TCB中将该 任务的 Code、 Stack关联起来和 TCB共同构成 Task。 uC/OS-II提供两个系统函数创建 Task ： OSTaskCreate( ) OSTaskCreateExt( ) 备注：关于这两个函数的使用很简单，不再重复。 创建 Task时，要求注意核算 Task.Stack的大小 和核定 Task.Prio必须保证不重复。 page 山东科技大学 信息学院 62 2020/11/15 2.5 任务的创建 创建任务的一般方法 Task 可在主函数 main( ) 中操作系统调度启动 （ OSStart( )）前创建。 也可在 Task中创建其他的 Task，应用中习

38、惯使 用此结构。 uC/OS-II要求：在 OSStart( )前，必须至少创建 一个用户 Task。 page 山东科技大学 信息学院 63 2020/11/15 2.5 任务的创建 创建任务的示意代码 void main( ) /主要是系统硬件初始化 OSInit( ); / uC/OS-II 初始化 /创建消息机制 OSTaskCreate(Task_A,); / 创建任务 A OSStart( ); / 启动多任务调动 void Task_A(void * pdata) /任务 A / 安装并启动 uC/OS-II 系统时钟 OSStatInit( ); / 初始化统计任务（如果需要的

39、话） / 在此处可以创建其他任务 For ( ; ; ) / Task_A 任务体 page 山东科技大学 信息学院 64 2020/11/15 两个延时函数的原型： void OSTimeDly( INT16U ticks ) /* ticks 是节拍数 */ INT8U OSTimeDlyHMSM (INT8U hours, INT8U minutes, INT8U seconds, INT16U milli) /* 绝对时间延时，位于 OS_TIME.C */ 备注： 1、参数值域 hours255, minutes59, seconds59, milli999 2、这两个系统函数定义在

40、 OS_TIME.C文件中。 3、关于节拍周期定义在 OS_CFG.H文件中。 补充：任务延时系统函数。 page 山东科技大学 信息学院 65 2020/11/15 实验 1： 创建两个任务； Task_A - 控制一位 LED秒闪。 Task_B - 控制蜂鸣器每 3S鸣 1.5S。 1、学习创建任务操作编程； 2、体验延时函数的使用； 3、体验多任务系统设计基本方式； 实验目的： page 山东科技大学 信息学院 66 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7

41、、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 67 2020/11/15 2.6 任务的挂起和恢复 所谓的挂起一个任务，就是暂停这个任务的调度。 挂起任务的 TCB 还存在系统中，只是该任务的状态 是 “挂起” ，对挂起态的任务 uC/OS-II不再调度运行。 挂起的任务恢复后即可参与 uC/OS-II的任务调度。 uC/OS-II中，可挂起除 “空闲任务”（ OSTaskIdel( )） 外的任何任务。 挂起 /恢复使用系统函数 OSTaskSuspend( ) / OSTaskResume( ) 实现。 page 山东科技大学 信息学院

42、68 2020/11/15 2.6 任务的挂起和恢复 挂起任务函数原型 INT8U OSTaskSuspend( INT8U prio ); 本函数的参数、返回值及含义： 用优先级指定目标，挂起自身时使用 OS_PRIO_SELF OS_NO_ERR - 完成指定任务的挂起。 OS_TASK_SUSPEND_IDEL - 不能挂起空闲任务。 OS_PRIO_INVALID - 无效的任务（优先级）指定。 OS_TASK_SUSPEND_PRIO -指定的任务不存在。 page 山东科技大学 信息学院 69 2020/11/15 2.6 任务的挂起和恢复 恢复任务函数原型 INT8U OSTas

43、kResume( INT8U prio ); 本函数的参数、返回值及含义： 用优先级指定目标。 OS_NO_ERR - 完成指定任务的恢复。 OS_TASK_RESUME_PRIO - 优先级指定的任务不存在。 OS_PRIO_INVALID - 无效的任务（优先级）指定。 OS_TASK_NO_SUSPEND - 指定的任务不是挂起态。 page 山东科技大学 信息学院 70 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始

44、化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 71 2020/11/15 2.7 其他 任务管理函数 修改任务优先级别函数原型 INT8U OSTaskChangePrio( INT8U oldprio, INT8U newprio ); 函数说明： 在任务运行时，修改任务的优先级。 功能正确完成，函数返回 OS_NO_ERR。 OS_PRIO_INVALID - 指定的 prio 越界。 OS_PRIO_EXIST - newprio 已在用。 OS_PRIO_ERR - oldprio 不存在。 page 山东科技大学 信息学院 72 2020/11/15 实验 2： 设计一个试验并完

45、成：测试 OSTaskChangePrio( ) “任务挂起” 系统函数应用特性。 如果修改挂起任务的优先级会是什么结果； 可否修改任务自身的优先级 。 有目的地主动设计实验，验证推测，得到结论； 实验目的： page 山东科技大学 信息学院 73 2020/11/15 2.7 其他 任务管理函数 任务的删除函数原型 INT8U OSTaskDel( INT8U prio ); 函数说明： 使用 OS_PRIO_SELF 参数删除任务时是删除自身。 功能正确完成，函数返回 OS_NO_ERR。 删除一个任务实质上是删除该任务的 TCB并归还到 “空任务控制块链表” ，释放堆栈空间，并不删除 任

46、务代码。 page 山东科技大学 信息学院 74 2020/11/15 2.7 其他 任务管理函数 关于任务的删除 “任务 A” 在删除 “任务 B” 时， A不能知道 B的详细情况， 可能会造成 A已申请的资源从系统中永久的丢失 - 这不 合理！ 正确的方法 - Task_A 欲删除 Task_B 时， A 提出删除申 请， B根据自身的情况处理后，删除自身。 uC/OS-II 中的 TCB 含有一个成员 OSTCBDelReq 用于标示 有其他任务申请删除它。 使用系统函数 OSTaskDelReq( ) 提出任务删除申请。 ISR 中不允许删除任务。 page 山东科技大学 信息学院 7

47、5 2020/11/15 2.7 其他 任务管理函数 OSTaskDelReq( ) 系统函数原型： INT8U OSTaskDelReq( INT8U prio ) ; 优先级指定其他任务时的函数返回值说明： OS_TASK_IDEL_PRIO - 申请删除空闲任务出错。 OS_PRIO_INVALID - 优先级指定出错。 OS_TASK_NOT_EXIST - 优先级指定的任务已不存在。 OS_NO_ERR - 删除申请成功。 特别说明：此函数的参数可以是 “优先级” 指 定的其他任务，也可以是 OS_PRIO_SELF 指定自身，后者用于查阅是否有其 他任 务申请删除本任务。 page

48、 山东科技大学 信息学院 76 2020/11/15 2.7 其他 任务管理函数 OSTaskDelReq( ) 系统函数原型： INT8U OSTaskDelReq( INT8U prio ) ; 参数为 OS_PRIO_SELF 时的 函数返回值说明： OS_TASK_DEL_REQ - 有其他任务申请删除这个任务。 举例： Task_A (prio = 10) 删除 Task_B (prio = 9) ，直到删除成 功， Task_A才继续。 Void Task_A ( void *pdata ) / Task_A prio = 10 while ( OSTaskDelReq(9) !=

49、 OS_TASK_NOT_EXIST ) / 申请删除 Task_B OS_TimeDly( 10 ); / 直到删除成功 Void Task_B ( void *pdata ) / Task_B prio = 9 if ( OSTaskDelReq( OS_PRIO_SELF ) = OS_TASK_DEL_REQ ) / 有删除申请 / 释放私有资源 OSTaskDel ( OS_PRIO_SELF ); / 删除自身 else ; / 任务 B的其他代码 page 山东科技大学 信息学院 78 2020/11/15 实验 3： 创建两个任务； Task_A - 控制一位 LED秒闪。 T

50、ask_B - 控制蜂鸣器每 3S 鸣 1.5S 。 LED闪烁 10次后，停止蜂鸣 。 1、学习任务的删除操作； 2、体验多任务系统设计基本原理； 实验目的： page 山东科技大学 信息学院 79 2020/11/15 第 2章 目录 1、任务的基本概念 2、任务堆栈 3、任务控制块及任务控制块链表 4、任务就绪表及任务调度 5、任务的创建 6、任务的挂起和恢复 7、其他任务管理函数 8、 uC/OS-II的初始化和任务的启动 page 山东科技大学 信息学院 80 2020/11/15 2.8 uC/OS-II的初始化和任务的启动 uC/OS-II的初始化 在使用 uC/OS-II之前，

51、必须对其运行环境初始化。 void OSInit( viod ) ; 用法举例： void main (void) . OSInit(); /* Initialize uC/OS-II */ . /* Craete Task */ OSStart(); /* Start Multitasking */ OSInit( ) 的主要工作： 对 uC/OS-II 的所有全局变量和数据结构初 始化。 创建空间任务 ( OSTaskIdel() ) 根据系统设置 ( OS_TASK_STAT_EN = 1 / 0 ) 启动统计任务。 page 山东科技大学 信息学院 81 2020/11/15 2.8

52、uC/OS-II的初始化和任务的启动 uC/OS-II的启动 主函数 main( ) 调用了 OSStart( ) 之后， uC/OS-II 才开始任务调度管理。 void OSStart( viod ) ; 用法举例： void main (void) . OSInit(); /* Initialize uC/OS-II */ . /* Craete Task */ OSStart(); /* Start Multitasking */ page 山东科技大学 信息学院 82 2020/11/15 本章小结 Task 由 TCB、 Task_Stack、 Task_Code 三部分组成。 u

53、C/OS-II使用 TCB 对任务进行控制。 Task_Stack 用于任务切换时私有现场保护。 uC/OS-II 按任务优先级对任务进行调度。 uC/OS-II 每调用一次 API函数和中断返回都会进行一次任务 调度。 任务调度的周期和任务调度器自身的运行事件无关。 任务的优先级 (prio)也是任务的句柄。 uC/OS-II 的初始化和启动。 page 山东科技大学 信息学院 83 2020/11/15 实验 4： 基于 Smart 2200 Demo Board 的资源情况，设计一 个试验，验证 “任务 优先级 ” 对任务调度的影响。 1、有目的地主动设计实验，验证推测，得到结论； 2、

54、体验多任务操作系统环境中，“任务优先级” 对任 务调度的影响，加深相关认识。 实验目的： page 山东科技大学 信息学院 84 2020/11/15 第 2章 补充 .目录 1、任务的特性 2、任务的划分目标 3、任务的划分方法 4、任务的可调度性分析 5、任务的执行分类和优先级安排 6、任务设计中的问题 7、系统设计编码实现过程 8、中断服务程序的设计 page 山东科技大学 信息学院 85 2020/11/15 补充： 1 - 任务的特性 任务的动态性 Task 的状态在整个生命过程中是在动态 变化的（ Ready、 Wait、 Suspend.）， 即使是已开始运行的 Task 也未必

55、一直占有 CPU。 “任务” 的三个基本特性： 动态性、独立性、并发行 page 山东科技大学 信息学院 86 2020/11/15 补充： 1 - 任务的特性 任务的独立性 应用系统中的 Task 之间在功能上可能有从属关系， 但在形式结构上都是平等的。 RTOS 下的各任务都可 以认为 CPU是自己独占的。 Task 间的数据交互必经由操作系统采用各种 “通信” 的机制实现。 任务的独立性表现为各个任务形式结 构上的平等性和任务间信息传递的非直接 性。 page 山东科技大学 信息学院 87 2020/11/15 补充： 1 - 任务的特性 任务的并发性 应用系统中的多个 Task 宏观上

56、都在运行，但微观上 不是同时运行，这种并发是“伪并发”。 哪一个 Task 占有 CPU 由 RTOS 按照优先级和就绪状态 剥夺式调度。 任务的独立性表现为各个任务形式结 构上的平等性和任务间信息传递的非直接 性。 page 山东科技大学 信息学院 88 2020/11/15 第 2章 补充 .目录 1、任务的特性 2、任务的划分目标 3、任务的划分方法 4、任务的可调度性分析 5、任务的执行分类和优先级安排 6、任务设计中的问题 7、系统设计编码实现过程 8、中断服务程序的设计 page 山东科技大学 信息学院 89 2020/11/15 补充： 2 - 任务的划分目标 设计一个嵌入式应用

57、系统时 Task 的划分可以有多 种方案。 主要依据：系统的组成和实现的功能目标。 任务划分的目标和要考虑的主要因素： 实时性。 任务数的合理性。 目标系统软件的简便清晰性。 降低系统对软硬件资源的需求。 page 山东科技大学 信息学院 90 2020/11/15 第 2章 补充 .目录 1、任务的特性 2、任务的划分目标 3、任务的划分方法 4、任务的可调度性分析 5、任务的执行分类和优先级安排 6、任务设计中的问题 7、系统设计编码实现过程 8、中断服务程序的设计 page 山东科技大学 信息学院 91 2020/11/15 补充： 3 - 任务的划分方法 按系统设备构成进行任务的划分

58、任何嵌入式系统硬件都是由 “ CPU + 外设 ” 构成的。 外设在 CPU的控制下协调工作， CPU通过运行 程序 实 现对外设的控制，这些 程序 就是裁减后的 RTOS和多 个 用户 Task 。 外设与 CPU的速度差是 “任务并发运行” 的前提和基 础，也是通常都能满足的实事。 外设分为 “主动性外设” 和 “被动性外设” ；主动 性外设通过中断的方式申请 CPU，被动性外设由其他 Task通过通信机制提出申请，激活该设备的 Task 。 page 山东科技大学 信息学院 92 2020/11/15 补充： 3 - 任务的划分方法 关键任务的划分 “关键性”功能（任务）是指在嵌入式系统

59、中不可遗 漏、及时响应的 Task。 关键 Task必须尽可能地与其他功能剥离，独立构成 Task，并赋以足够高的优先级，通过通信机制触发其 他 Task，完成系统的其它功能。 为进一步保证关键任务的实时性，可将关键 Task安排 为 ISR。可以在 ISR中完成关键功能，也可以在 ISR中仅 进行任务通信，触发与它相关 Task。 紧迫 TASK是指在嵌入式系统中需要及时响应的 Task。 page 山东科技大学 信息学院 93 2020/11/15 补充： 3 - 任务的划分方法 关于任务划分的几点建议： 关键性任务 的调度务必保证其 可靠性和实时性 。 紧迫性任务 尽量保证其 实时性 。

60、 触发条件相同的功能尽量安排在一个 Task中。 运行间隔周期相同的功能尽量安排在一个 Task中。 在进行系统任务规划时要充分考虑 外界事件的异步 性和突发性 。 page 山东科技大学 信息学院 94 2020/11/15 第 2章 补充 .目录 1、任务的特性 2、任务的划分目标 3、任务的划分方法 4、任务的可调度性分析 5、任务的执行分类和优先级安排 6、任务设计中的问题 7、系统设计编码实现过程 8、中断服务程序的设计 page 山东科技大学 信息学院 95 2020/11/15 补充： 4 - 任务的可调度性分析 任务规划 -主要完成了逻辑级的任 务划分，之后要进行 任务的可调度性分 析 - 定量的分析这些任务是否可以在 RTOS调度下正常运行。 page 山东科技大学 信息学院 96 2020/11/15 补充： 4 - 任务的可调度性分析 所有任务都是周期性的。 各个任务相互独立，功能间的逻辑关系通过 任务通信