ucos(一)ucos系统简介

一、概述

  μC/OS-II由Micrium公司提供,是一个可移植可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核,它适用于多种微处理器,微控制器和数字处理芯片(已经移植到超过100种以上的微处理器应用中)。同时,该系统源代码开放、整洁、一致,注释详尽,适合系统开发。 μC/OS-II已经通过联邦航空局(FAA)商用航行器认证,符合航空无线电技术委员会(RTCA)DO-178B标准。现在最新版的是μC/OS-III。

二、性质

  • μC/OS-II被广泛应用于微处理器微控制器数字信号处理器
  • μC/OS-II 的前身是μC/OS,最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系统编程》杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载,并把μC/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。
  • μC/OS 和μC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的, 绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度,为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器,有汇编器、连接器等软件工具,就可以将μC/OS-II嵌入到开发的产品中。μC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良可扩展性强等特点, 最小内核可编译至 2KB 。μC/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。
  • 严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核,它仅仅包含了任务调度任务管理时间管理内存管理和任务间的通信同步等基本功能。没有提供输入输出管理,文件系统,网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放,这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。
  • uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核,并在这个内核之上提供最基本的系统服务,如信号量,邮箱,消息队列,内存管理,中断管理等。
  • uC/OS-II以源代码的形式发布,是开源软件, 但并不意味着它是免费软件。你可以将其用于教学和私下研究(peaceful research);但是如果你将其用于商业用途,那么你必须通过Micrium获得商用许可。 

三、应用

μC/OS-II可以提供如下服务:
  • 信号量
  • 互斥信号量
  • 事件标识
  • 消息邮箱
  • 消息队列
  • 任务管理
  • 固定大小内存块管理
  • 时间管理另外,在μC/OS-II内核之上,有如下独立模块可供用户选择:
  • μC/FS文件系统模块
  • μC/GUI图形软件模块
  • μC/TCP-IP协议栈模块
  • μC/USB协议栈模块

四、组成

μC/OS-II可以大致分成核心任务处理时间处理任务同步通信,CPU的移植等5个部分。

1) 核心部分(OSCore.c)

  是操作系统的处理核心,包括操作系统初始化、操作系统运行、中断进出的前导、时钟节拍、任务调度、事件处理等多部分。能够维持系统基本工作的部分都在这里。

2) 任务处理部分(OSTask.c)

  任务处理部分中的内容都是与任务的操作密切相关的。包括任务的建立、删除、挂起、恢复等等。因为μC/OS-II是以任务为基本单位调度的,所以这部分内容也相当重要。

3) 时钟部分(OSTime.c)

  μC/OS-II中的最小时钟单位是timetick(时钟节拍)。任务延时等操作是在这里完成的。

4) 任务同步和通信部分

  为事件处理部分,包括信号量、邮箱、邮箱队列、事件标志等部分;主要用于任务间的互相联系和对临界资源的访问。

5) 与CPU的接口部分

  是指μC/OS-II针对所使用的CPU的移植部分。由于μC/OS-II是一个通用性的操作系统,所以对于关键问题上的实现,还是需要根据具体CPU的具体内容和要求作相应的移植。这部分内容由于牵涉到SP等系统指针,所以通常用汇编语言编写。主要包括中断级任务切换的底层实现、任务级任务切换的底层实现、时钟节拍的产生和处理、中断的相关处理部分等内容。
 

五、任务管理

uC/OS-II 中最多可以支持256个任务,分别对应优先级0~255,其中0 为最高优先级。255为最低级。
注意:uC/OS中最多可以支持64个任务,分别对应优先级0~63,其中0 为最高优先级。63为最低级。
uC/OS-II提供了任务管理的各种函数调用,包括创建任务,删除任务,改变任务的优先级,任务挂起和恢复等。
系统初始化时会自动产生两个任务:一个是空闲任务,它的优先级最低,该任务仅给一个整型变量做累加运算;另一个是系统任务,它的优先级为次低,该任务负责统计当前cpu的利用率。

六、时间管理

uC/OS-II的时间管理是通过定时中断来实现的,该定时中断一般为10毫秒或100毫秒发生一次,时间频率取决于用户对硬件系统的定时器编程来实现。中断发生的时间间隔是固定不变的,该中断也成为一个时钟节拍。
uC/OS-II要求用户在定时中断的服务程序中,调用系统提供的与时钟节拍相关的系统函数,例如中断级的任务切换函数,系统时间函数。
 

七、内存管理

在ANSI C中是使用malloc和free两个函数来动态分配和释放内存。但在嵌入式实时系统中,多次这样的操作会导致内存碎片,且由于内存管理算法的原因,malloc和free的执行时间也是不确定。
uC/OS-II中把连续的大块内存按分区管理。每个分区中包含整数个大小相同的内存块,但不同分区之间的内存块大小可以不同。用户需要动态分配内存时,系统选择一个适当的分区,按块来分配内存。释放内存时将该块放回它以前所属的分区,这样能有效解决碎片问题,同时执行时间也是固定的。
 

八、通信同步

对一个多任务的操作系统来说,任务间的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4种同步对象,分别是信号量,邮箱,消息队列和事件。所有这些同步对象都有创建,等待,发送,查询的接口用于实现进程间的通信和同步
 

九、任务调度

uC/OS-II 采用的是可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。
uC/OS-II的任务调度是完全基于任务优先级抢占式调度,也就是最高优先级的任务一旦处于就绪状态,则立即抢占正在运行的低优先级任务的处理器资源。为了简化系统设计,uC/OS-II规定所有任务的优先级不同,因为任务的优先级也同时唯一标志了该任务本身。
 

十、任务调度

1) 高优先级的任务因为需要某种临界资源,主动请求挂起,让出处理器,此时将调度就绪状态的低优先级任务获得执行,这种调度也称为任务级的上下文切换。
2) 高优先级的任务因为时钟节拍到来,在时钟中断的处理程序中,内核发现高优先级任务获得了执行条件(如休眠的时钟到时),则在中断态直接切换到高优先级任务执行。这种调度也称为中断级的上下文切换。
这两种调度方式在uC/OS-II的执行过程中非常普遍,一般来说前者发生在系统服务中,后者发生在时钟中断的服务程序中。
调度工作的内容可以分为两部分:最高优先级任务的寻找和任务切换。其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。u C / O S 中的每一个任务都有独立的堆栈空间,并有一个称为任务控制块TCB(Task Control Block)的数据结构,其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量OSTCBHighRdy 记录当前最高级就绪任务的TCB 地址,然后调用OS_TASK_SW()函数来进行任务切换。
posted @ 2021-08-07 18:34  轻轻的吻  阅读(1977)  评论(0编辑  收藏  举报