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UC OS ARM移植(4)

UC OS ARM移植(4)

实时系统概念

1 前后台系统

   不复杂的小系统通常选择前后台系统,应用程序是一个无限循环。在循环中调用相应的函数完成相应的操作,这部分可以看成后台行为。中断服务程序处理异步事件,可以看成前台行为。

2 代码的临界段

    需要在前后关开中断的代码,不能被打断的代码


3 资源

   输入输出设备,各种变量,结构,数组


4 共享资源

   可以被多个任务使用的资源


5多任务

   通过CPU在许多任务之间转换和调度


6任务

  每个任务都是一个无限循环,都可能处于五种状态之一:休眠,就绪,运行,挂起,被中断。UCOS中提供各种函数使任务能从一个状态变为另一个状态

  每个任务都有自己的CPU寄存器和栈空间以及TCB任务控制块


7任务切换

  任务切换过程是将正在运行任务的CPU寄存器全部内容保存到任务自己的栈区中,再将下一个要运行的任务的当前状况从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器,并开始下一个任务的运行


8内核

  负责管理各个任务,为每个任务分配CPU时间,并负责任务间的通信


9调度

决定该轮到哪个任务运行。主要是通过优先级来决定。总是让处于就绪态的优先级最高的任务先运行。


10不可剥夺型内核

  每个任务主动放弃CPU的使用权,放弃的方法可以使用多种函数定时或者定事件的放弃。异步事件还是由中断服务来处理。中断处理结束之后还是回到被中断的那个任务直到该任务主动放弃CPU的使用权。在任务级,不可剥夺型内核允许使用不可重入函数函数不必担心被重复调用,因为每个时刻都只有一个任务在运行。当然,该函数不能具有放弃CPU使用权的功能。


11可剥夺型内核

  当系统响应时间很重要,就需要使用可剥夺型内核。最高优先级任务一旦就绪,总能得到CPU的使用权。当运行的任务使一个更高优先级的任务进入就绪态,当前任务的CPU使用权就被剥夺或挂起,更高优先级的任务获得CPU的使用权。如果是中断服务子程序造成的,中断完成后被中断的任务被挂起,执行更高优先级的任务。

  在可剥夺型内核中,要谨慎使用不可重入函数。因为低优先级的和高优先级的任务有可能都调用该函数。

  总是让就绪态的高优先级的任务先运行,中断服务程序可以抢占CPU


12可重入函数

  可重入函数或者只使用局部变量,要么就是使用全局变量并且对全局变量予以保护。


13时间片轮番调度法

  UCOS中各个任务的优先级都是不同的。。不支持时间片轮番调度


14任务优先级

  从0开始,越小的优先级越高


15静态优先级

  在执行过程中优先级是不变的


16动态优先级

  优先级在运行过程中可以变化


17优先级反转

  避免优先级反转的方法是使占有共享资源的任务的优先级升到最高。


18任务优先级分配

19互斥条件

  满足互斥条件的一般方法:

  关中断

  使用测试并置位指令,获得共享资源时置位,只有为零才有权获得共享资源

  禁止作任务切换:用给任务切换上锁然后开锁的方法

  利用信号量:信号量的操作:初始化create 挂起pend 发送post

  UCOS中是等待信号量任务中优先级最高的

20死锁

  死锁也称为抱死指两个任务无限期地互相等待对方控制着的资源。


21同步

  可以单向同步也可以双向同步


22事件标志

当某个任务要与多个事件同步时,须使用事件标志。


23任务间通信

  任务间或中断服务与任务间的通信。有两种途径:通过全程变量或者发消息给另一个任务


24消息邮箱

  把一则消息放到邮箱,通过内核也可以接收这则消息。


25消息队列

  用于给任务发消息。


26中断

27中断延迟

28中断响应

29中断恢复时间

  对于可剥夺型内核,中断的恢复要复杂一些。在中断服务子程序的末尾,要调用一个由实时内核提供的函数。这个函数用于判断中断是否脱离了所有嵌套。如果脱离了嵌套就判断是否中断让一个更高优先级的任务进入就绪。


30中断延迟、响应及恢复

31中断处理时间

32非屏蔽中断

33时钟节拍

34对存储器的需求

  使用多任务内核时内核本身需要额外的代码空间ROM。因为每个任务都是独立运行的,必须给每个任务提供单独的栈空间RAM。

内核结构

1临界段,OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL

  开关中断的实现方法分三种:

  1)直接用处理器指令

  2)在堆栈中保存中断的开关状态,然后再关中断。

  3)通过编译器提供的c函数来保存处理器状态字的值。


2任务

3任务状态


睡眠态:在ROM或RAM中,交给UCOS要调用下面两个函数之一:OSTaskCreate或者OSTaskCreateExt,调用之后告诉了UCOS任务的起始地址,优先级,要使用多少栈空间。


就绪态:建立了任务之后,就进入就绪态。如果是由任务建立的新任务且优先级更高,那么新建的任务将立即得到CPU使用权。通过OSTaskDel将一个任务返回到睡眠态。


运行态:调用OSStart可以启动多任务,该函数运行用户初始化代码中已建的优先级最高的任务。


等待态:正在运行的任务通过两个函数将自己延迟即进入等待状态。OSTimeDly或者OSTimeDlyHMSM。这两个函数将会立即执行强制任务切换,让下一个优先级最高且进入就绪态的任务运行。当延时时间到后,系统服务函数OSTimeTick将会让等待的任务进入就绪态。在运行中的任务如果调用OSFlagPend、OSSemPend、OSMutexPend、OSMboxPend或者OSQPend时时间并没有发生,那么该任务就进入等待态,此时最高优先级的就绪态任务进入运行态。当等待事件发生或者等待超时,该任务就从等待态进入就绪态。


中断服务态:正在运行的任务可以被中断。被中断了的任务进入中断服务态。响应中断时该任务被挂起,中断服务子程序可能报告多个事件发生,从而使得更高优先级的任务进入就绪态,当中断返回时会重新判断优先级,让最高优先级的任务运行,如果由更高优先级的任务那么先执行,直到被挂起的任务的优先级最高才会返回到被中断挂起的任务。

4任务控制块TCB

  当任务建立的时候,一个任务控制块TCB就被赋值,任务控制块能确保任务从被中断的那一点丝毫不差的继续运行。OS_TCB全部驻留在RAM中。OS_TCB中包括:指向当前任务堆栈栈顶的指OSTCBStkPtr、指向用户定义的任务控制块扩展OSTCBExtPtr(该扩展数据结构包含任务名字、跟踪某个任务的执行事件、跟踪切换到某个任务的次数)、指向任务堆栈栈底的指针OSTCBStkBottom(如果堆栈指针递减则指向任务使用的栈空间的最低地址)、存有栈中可容纳的指针元数目OSTCBStkSize(是指针元数目,乘以地址宽度即为实际栈容量)、选择项OSTCBOpt(传给OSTaskCreateExt)、用于存储任务的识别码OSTCBId、用于任务控制块双向链表的前后链接OSTCBNext/OSTCBPrev、指向事件控制块的指针OSTCBEventPtr、指向传递给任务的消息的指针OSTCBMsg、指向事件标志节点的指针OSTCBFlagNode、使任务进入就绪态的事件标志OSTCBFlagsRdy、延时或者挂起一段事件时用来计时的变量OSTCBDly、任务的状态字OSTCBStat(OS_STAT_READY-就绪态)、任务的优先级OSTCBPrio、用于加速任务进入就绪态的过程或进入等待事件发生状态的过程OSTCBX/OSTCBY/OSTCBBitX/OSTCBBitY、一个表示该任务是否须删除的布尔量OSTCBDelReq。所有的任务控制块OS_TCB都是放在任务控制块列表数组OSTCBTbl【】中。所有任务控制块OS_TCB都被链接成单向空任务链表。任务一旦建立,空任务控制块指针OSTCBFreeList指向的任务控制块便赋给了该任务。任务建立时,任务建立函数调用任务控制块初始化函数OS_TCBInit。在初始化OS_TCB的时候调用了用户自定义的函数OSTCBIni tHook和OSTaskCreateHook函数。两个函数都是扩展作用的。当新建的任务块要插入表中时先要关中断,新任务的控制块总是插在OSTCBList表的开头。


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