μCOS-II 的内核机制

### μCOS-II 的内核机制 #### 7.1 μCOS-II的内核结构 ##### 7.1.1 临界段 在实时操作系统μCOS-II中，临界段是一个重要的概念，指的是那些不能被中断的代码片段。这类代码必须在一个单一的任务或者中断服务程序中执行，确保其在执行过程中不会被其他任务或中断打断。为了实现这一点，μCOS-II在处理临界段代码前需要关闭中断，并在处理完成后重新开启中断。 关中断的时间对于评估一个实时操作系统的性能至关重要，因为它直接影响到系统对实时事件的响应速度。尽管μC/OS-II尽力减少了关中断的时间，但由于处理器架构和编译器的不同，实际关中断时间还是有所差异。 为了有效地控制中断，μC/OS-II提供了两个宏：`OS_ENTER_CRITICAL()` 和 `OS_EXIT_CRITICAL()`，用于关中断和开中断。这些宏的具体实现取决于所使用的处理器架构，可以在头文件 `OS_CPU.H` 中找到相应的定义。例如，在基于ARM Cortex-M3平台的μC/OS-II版本中，相关宏的定义如下： ```c #define OS_CRITICAL_METHOD3 #define OS_ENTER_CRITICAL() { cpu_sr = OS_CPU_SR_Save(); } #define OS_EXIT_CRITICAL() { OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr); } ``` 这里还定义了一个局部变量 `cpu_sr` 来保存中断状态寄存器的值，以便在恢复中断状态时使用。 ##### 7.1.2 任务 在μC/OS-II中，任务是操作系统的基本执行单位，通常表现为一个无限循环。任务的结构类似于C语言中的函数，但不具备返回值，因为一旦任务启动后，它将一直运行直到被显式删除或系统终止。一个典型的任务定义如下： ```c void YourTask(void *pdata) { while (1) { /* 用户代码 */ 调用μC/OS-II的某种系统服务: OSMboxPend(); OSQPend(); OSSemPend(); OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF); OSTimeDly(); OSTimeDlyHMSM(); /* 用户代码 */ } } ``` 任务可以通过调用 `OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)` 进行自我删除。此时，μC/OS-II会停止调度该任务，但不会真正从内存中移除任务代码。 任务创建时，可以通过参数 `void *pdata` 传递任意类型的数据。这种设计灵活性使得用户可以在创建任务时传递各种类型的数据，包括变量、地址、自定义结构体等。 μC/OS-II可以管理总共64个任务，其中8个保留用于系统内部使用。这意味着用户最多可以创建56个任务。每个任务必须具有唯一的优先级，优先级号较低的任务具有更高的优先权。μC/OS-II总是调度最高优先级的就绪任务执行。 任务优先级号也是μC/OS-II内部服务函数的输入参数之一，例如更改任务优先级的 `OSTaskChangePrio()` 或删除任务的 `OSTaskDel()` 函数。 ##### 任务创建与管理 μC/OS-II提供了两种创建任务的方式：`OSTaskCreate` 和 `OSTaskCreateExt`。`OSTaskCreateExt` 提供了更多的功能和灵活性，例如支持任务栈的动态分配。创建任务时，除了提供任务函数、任务优先级等基本信息外，还可以指定任务栈大小以及其他配置选项。 ### 总结 μCOS-II作为一种广泛应用于嵌入式系统的实时操作系统，通过高效的内核机制实现了对资源的有效管理和利用。通过对临界段的精确控制，确保了系统的实时性和稳定性；而对任务的灵活管理和调度，则使得μCOS-II能够在资源受限的环境中高效运行复杂的应用程序。通过理解μCOS-II的这些关键概念，开发者可以更好地利用这一操作系统构建高性能的嵌入式系统。