uC/OS-II源码分析(总体思路 二)

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OSTaskCreate负责创建Task所需的数据结构,该函数原形如下所示:

INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT8U prio)

其中task是一个函数指针,指向该Task所开始的函数,当这个Task第一次被调度运行时将会从task处开始运行。

p_arg是传给task的参数指针;

ptos是堆栈指针,指向栈顶(堆栈从上往下)或栈底(堆栈从下往上);

prio是进程的优先级,uC/OS-II共支持最大64个优先级,其中最低的两个优先级给Idle和Stat进程,并且各个Task的优先级必须不同。

接下来,我们看看这个函数的执行流程:

#if OS_ARG_CHK_EN > 0

 if (prio > OS_LOWEST_PRIO) {

 return (OS_PRIO_INVALID);

 }

#endif

 OS_ENTER_CRITICAL();

 if (OSIntNesting > 0) {

 OS_EXIT_CRITICAL();

 return (OS_ERR_TASK_CREATE_ISR);

 }

 if (OSTCBPrioTbl[prio] == (OS_TCB *)0) {

 OSTCBPrioTbl[prio] = (OS_TCB *)1;

 OS_EXIT_CRITICAL();

 psp = (OS_STK *)OSTaskStkInit(task, p_arg, ptos, 0);

 err = OS_TCBInit(prio, psp, (OS_STK *)0, 0, 0, (void *)0, 0);

 if (err == OS_NO_ERR) {

 if (OSRunning == TRUE) {

 OS_Sched();

 }

 } else {

 OS_ENTER_CRITICAL();

 OSTCBPrioTbl[prio] = (OS_TCB *)0;

 OS_EXIT_CRITICAL();

 }

 return (err);

 }

 OS_EXIT_CRITICAL();

 return (OS_PRIO_EXIST);

OS_LOWEST_PRIO在ucos-ii.h中被定义为63,表示Task的优先级从0到63,共64级。首先判断prio是否超过最低优先级,如果是,则返回OS_PRIO_INVALID错误。

然后调用OS_ENTER_CRITICAL(),进入临界段,在临界段中的代码执行不允许被中断。这个宏是用户自定义的,一般是进行关中断操作,例如在x86中的CLI等。这个宏和OS_EXIT_CRITICAL()相对应,这个宏表示离开临界段。

OSTaskCreate不允许在中断中调用,因此会判断OSIntNesting是否大于0,如果大于0,表示正在中断嵌套,返回OS_ERR_TASK_CREATE_ISR错误。

接着判断该prio是否已经有Task存在,由于uC/OS-II只支持每一个优先级一个Task,因此如果该prio已经有进程存在,OSTaskCreate会返回OS_PRIO_EXIST错误。

相反,如果该prio先前没有Task存在,则将OSTCBPrioTbl[prio]置1,表示该prio已被占用,然后调用OSTaskStkInit初始化堆栈,调用OS_TCBInit初始化TCB,如果OSRunning为TRUE表示OS正在运行,则调用OS_Sched进行进程调度;否则返回。

下面来看看OSTaskStkInit和OS_TCBInit这两个函数。

OSTaskStkInit是一个用户自定义的函数,因为uC/OS-II在设计时无法知道当前处理器在进行进程调度时需要保存那些信息,OSTaskStkInit就是初始化堆栈,让Task看起来就好像刚刚进入中断并保存好寄存器的值一样,当OS_Sched调度到该Task时,只需切换到该堆栈中,将寄存器值Pop出来,然后执行一个中断返回指令IRET即可。

OSTaskStkInit的原型如下:

OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)

和OSTaskCreate类似,task是进程入口地址,pdata是参数地址,ptos是堆栈指针,而opt只是作为一个预留的参数Option而保留。返回的是调整以后的堆栈指针。

在OSTaskStkInit中,一般是将pdata入栈,flag入栈,task入栈,然后将各寄存器依次入栈。

OS_TCBInit初始化TCB数据结构,下面只提取主要部分来看:

INT8U OS_TCBInit (INT8U prio, OS_STK *ptos, OS_STK *pbos, INT16U id, INT32U stk_size, void *pext, INT16U opt)

{

 OS_TCB *ptcb;

 OS_ENTER_CRITICAL();

 ptcb = OSTCBFreeList;

 if (ptcb != (OS_TCB *)0) {

 OSTCBFreeList = ptcb->OSTCBNext;

 OS_EXIT_CRITICAL();

 ptcb->OSTCBStkPtr = ptos;

 ptcb->OSTCBPrio = prio;

 ptcb->OSTCBStat = OS_STAT_RDY;

 ptcb->OSTCBPendTO = FALSE;

 ptcb->OSTCBDly = 0;

#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN > 0

 ptcb->OSTCBExtPtr = pext;

 ptcb->OSTCBStkSize = stk_size;

 ptcb->OSTCBStkBottom = pbos;

 ptcb->OSTCBOpt = opt;

 ptcb->OSTCBId = id;

#else

 pext = pext;

 stk_size = stk_size;

 pbos = pbos;

 opt = opt;

 id = id;

#endif

#if OS_TASK_DEL_EN > 0

 ptcb->OSTCBDelReq = OS_NO_ERR;

#endif

 ptcb->OSTCBY = (INT8U)(prio >> 3);

 ptcb->OSTCBBitY = OSMapTbl[ptcb->OSTCBY];

 ptcb->OSTCBX = (INT8U)(prio & 0x07);

 ptcb->OSTCBBitX = OSMapTbl[ptcb->OSTCBX];

#if OS_EVENT_EN

 ptcb->OSTCBEventPtr = (OS_EVENT *)0;

#endif

 OSTaskCreateHook(ptcb);

 OS_ENTER_CRITICAL();

 OSTCBPrioTbl[prio] = ptcb;

 ptcb->OSTCBNext = OSTCBList;

 ptcb->OSTCBPrev = (OS_TCB *)0;

 if (OSTCBList != (OS_TCB *)0) {

 OSTCBList->OSTCBPrev = ptcb;

 }

 OSTCBList = ptcb;

 OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY;

 OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;

 OSTaskCtr++;

 OS_EXIT_CRITICAL();

 return (OS_NO_ERR);

 }

 OS_EXIT_CRITICAL();

 return (OS_NO_MORE_TCB);

}

首先调用OS_ENTER_CRITICAL进入临界段,首先从OSTCBFreeList中拿出一个TCB,如果OSTCBFreeList为空,则返回OS_NO_MORE_TCB错误。

然后调用OS_EXIT_CRITICAL离开临界段,接着对该TCB进行初始化:

将OSTCBStkPtr初始化为该Task当前堆栈指针;

OSTCBPrio设置为该Task的prio;

OSTCBStat设置为OS_STAT_RDY,表示就绪状态;

OSTCBDly设置为0,当该Task调用OSTimeDly时会初始化这个变量为Delay的时钟数,然后Task转入OS_STAT_状态。这个变量在OSTimeTick中检查,如果大于0表示还需要进行Delay,则进行减1;如果等于零表示无须进行Delay,可以马上运行,转入OS_STAT_RDY状态。

OSTCBBitY和OSTCBBitX的作用我们在等会专门来讨论。

紧接着就要将该TCB插入OSTCBList列表中,先调用OS_ENTER_CRITICAL进入临界段,将该TCB插入到OSTCBList成为第一个节点,然后调整OSRdyGrp和OSRdyTbl,(这两个变量一会和OSTCBBitX/OSTCBBitY一起讨论),最后将OSTaskCtr计数器加一,调用OS_EXIT_CRITICAL退出临界段。

OSMapTbl和OSUnMapTbl

刚才我们看到TCB数据结构中的OSTCBBitX/OSTCBBitY以及OSRdyGrp/OSRdyTbl的使用,这里专门来讨论讨论这几个变量的用法。

uC/OS-II将64个优先级的进程分为8组,每组8个。刚好可以使用8个INT8U的数据进行表示,于是这就是OSRdyGrp和OSRdyTbl的由来,OSRdyGrp表示组别,从0到7,从前面我们可以看到OSRdyGrp和OSRdyTbl是这么被赋值的:

 OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY;

 OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;

也就是OSTCBBitY保存的是组别,OSTCBBitX保存的是组内的偏移。而这两个变量是这么被初始化的:

 ptcb->OSTCBY = (INT8U)(prio >> 3);

 ptcb->OSTCBBitY = OSMapTbl[ptcb->OSTCBY];

 ptcb->OSTCBX = (INT8U)(prio & 0x07);

 ptcb->OSTCBBitX = OSMapTbl[ptcb->OSTCBX];

由于prio不会大于64,prio为6位值,因此OSTCBY为prio高3位,不会大于8,OSTCBX为prio低3位。

这里就涉及到OSMapTbl数组和OSUnMapTbl数组的用法了。我们先看看OSMapTbl和OSUnMapTbl的定义:

INT8U const OSMapTbl[8] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};

INT8U const OSUnMapTbl[256] = {

从略………………

};

OSMapTbl分别是一个INT8U的八个位,而OSUnMap数组中的值就是从0x00到0xFF的八位中,每一个值所对应的最低位的值。我们在调度的时候只需将OSRdyGrp的值代入OSUnMapTbl数组中,得到OSUnMapTbl[OSRdyGrp]的值就是哪个优先级最高的Group有Ready进程存在,再使用该Group对应OSRdyTbl[]数组中的值一样带入OSUnMapTbl中就可以得出哪个Task是优先级最高的。

于是我们提前来看看OS_Sched()中获取最高优先级所使用的方法:

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];

 OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

显然,先得到的y就是存在最高优先级的Group,然后OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]就是Group中的偏移,因此OSPrioHighRdy最高优先级就应该是Group<<3再加上这个偏移。

于是乎,我们就可以对上面那一小段很模糊的代码做一下总结:

prio只有6位,高3位代表着某一个Group保存在OSTCBY中,OSTCBBitY表示该Group所对应的Bit,将OSRdyGrp的该位置1表示该Group中有进程是Ready的;低3位代表着该Group中的第几个进程,保存在OSTCBX中,OSTCBBitX表示该进程在该Group中所对应的Bit,OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX就等于将该进程所对应的Bit置1了。

OSStart

OK,接下来我们来看这个开始函数了。OSStart其实很短,只有匆匆几句代码:

void OSStart (void)

{

 INT8U y;

 INT8U x;

 if (OSRunning == FALSE) {

 y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];

 x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];

 OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + x);

 OSPrioCur = OSPrioHighRdy;

 OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];

 OSTCBCur = OSTCBHighRdy;

 OSStartHighRdy();

 }

}

如果OSRunning为TRUE,表示OS已经在运行了,则OSStart不做任何事。

OSRunning为FALSE,则找出最高优先级的Ready的Task,并将该指针赋给OSTCBHighRdy和OSTCBCur。然后调用OSStartHighRdy()开始运行该进程。

OSStartHighRdy()为用户自定义函数,在这个函数中,主要功能就是进行堆栈切换并将OSRunning设置为TRUE表示OS已经开始运行,然后将保存的寄存器弹出,最后执行中断返回指令IRET就跳到OSTCBHighRdy的最开始处运行了。

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