UCOS-II学习记录

本文主要记录使用UCOS II的相关内容。包括如何完成第一个UCOS II应用程序，和如何创建任务，如何获取系统时间，和利用i3086 驱动完成时间获取，屏幕显示，按键驱动，信号量等内容。

UCOS-II 基本输入输出 任务创建

PART1 关于X86架构32位系统上UCOS的移植

本文使用的UCOS II系统为实时操作系统一书打包好的Win32环境下的UCOS II操作系统。

观察其提供的示例工程，可依照其配置搭建起基于Win32的UCOS II运行环境。

示例工程中的Makefile文件中使用了如下工具及工作目录：

######################################################################
#                                   TOOLS
######################################################################


BORLAND=C:\BC45

CC=$(BORLAND)\BIN\BCC
ASM=$(BORLAND)\BIN\TASM
LINK=$(BORLAND)\BIN\TLINK
TOUCH=$(BORLAND)\BIN\TOUCH

######################################################################
#                                DIRECTORIES
######################################################################

LST=..\LST
OBJ=..\OBJ
SOURCE=..\SOURCE
TARGET=..\TEST
WORK=..\WORK

OS=\SOFTWARE\uCOS-II\SOURCE
PC=\SOFTWARE\BLOCKS\PC\BC45
PORT=\SOFTWARE\uCOS-II\Ix86L\BC45

即将Borland c与TASM安装到根目录下，并将本示例工程SOFTWARE文件夹放置到根目录下即可。

该书提供的Win32控制台驱动放置在SOFTWARE/BLOCKS/PC目录下，UCOS II源码放置在SOFTWARE/uCOS-II/SOURCE目录下。

在对应示例工程下Test目录运行make文件即可生成可执行文件。

PART2 关于CONFIG文件

每一个UCOS II工程中，要包含一个Config文件，用来联合UCOS II中的条件编译语句，做到定制化操作系统的功能。

该文所涉及到的内容包含Config文件中的如下部分

#define OS_MAX_TASKS             11    /* 任务最大数量  */
#define OS_LOWEST_PRIO           12    /* 最低优先级    */

PART3 实现显示功能

Jean J. Labrosse先生提供的示例程序均在Win 32控制台上输出了一片区域用于模拟实际嵌入式操作环境中的显示器，该函数为TaskStartDispInit，其中利用了PC_DispStr在屏幕上显示字符串。

具体Win 32控制台显示驱动函数可以前往上文所提到的PC.h文件中查看。

PART4 UCOS II任务的组成

UCOS II的任务组成如下：

void Task(void *pdata){
    //Init Data In Task
    while(1){
        //Do whatever You Want In task
        OSTimeDly(100);
        //让出CPU让其他任务执行
    }
}

示例提供的TaskStart的主要工作包括初始化操作系统，利用上诉显示函数初始化显示屏，调用TaskStartCreateTasks初始化用户操作程序，以及在运行时更新显示屏显示内容，并判断用户是否按下esc键退出模拟环境会到Win32控制台。

PART5 任务的创建

TASK_START为示例代码利用的OSTaskCreate创建的。

而在TASK_START中我们的Task0与TASK1是利用OSTaskCreateExt来创建的

OSTaskCreate的参数为

OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), /* 函数指针，void *pd为函数的参数*/
                     void *pdata,            /* 建立任务时，传递的参数*/
                     OS_STK *ptos,           /* 指向堆栈任务栈顶的指针*/
                     INT8U prio)             /* 任务优先级 */

OSTaskCreateExt的参数为

INT8U  OSTaskCreateExt (void   (*task)(void *pd), 
                        void    *pdata,    
                        OS_STK  *ptos,     
                        INT8U    prio,     
                        INT16U   id,       /* 任务ID，2.52版本，无实际作用，保留作为扩展用*/
                        OS_STK  *pbos,     /* 指向堆栈底部的指针，用于OSTaskStkChk()函数*/
                        INT32U   stk_size, /* 指定任务堆栈的大小，由OS_STK类型决定 */
                        void    *pext,     /* 定义数据结构的指针，作为TCB的扩展*/
                        INT16U   opt)      /* 存放于任务操作相关的信息*/
{

PART6 方向键驱动

Jean J. Labrosse先生提供的驱动为PC下的BOOLEAN PC_GetKey(INT16S *c)，而我们方向键为两个字节的消息。若只用一个字节来读取的话，会导致如Up Arrow其与H混淆。

于是在PC驱动程序中加入专门读取方向键的驱动

BOOLEAN PC_GetArrowKey (INT16S *key_1,INT16S *key_2){
    if (kbhit()) {                                        
        *key_1 = (INT16S)getch();                            
        *key_2 = (INT16S)getch();
        return (TRUE);
    } else {
        *key_1 = 0x00;                                       
        *key_2 = 0x00;
        return (FALSE);
    }
}

并利用Task0读取键盘动作（其中OSTaskStkChk用来检查栈）

void  Task0 (void *pdata){
    INT8U       err;
    OS_STK_DATA data;
    char        s[40];
    char        key_s[10];
    INT16S      key_1 = 0;
    INT16S      key_2 = 0;

    pdata = pdata;
    PC_DispStr(5, 3 , "Task 0 Stack Size:", DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
    while(1){
        err  = OSTaskStkChk(TASK_1_PRIO, &data);
        if (err == OS_NO_ERR) {
            sprintf(s, "Total:%4ld    Free:%4ld        Used:%4ld   ",
                    data.OSFree + data.OSUsed,
                    data.OSFree,
                    data.OSUsed);
            PC_DispStr(10, 4 , s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        }
        if (PC_GetArrowKey(&key_1,&key_2) == TRUE) {
            if(key_1==0){
                switch(key_2){
                    case 72:sprintf(key_s,"key is UP   ");break;
                    case 75:sprintf(key_s,"key is LEFT ");break;
                    case 77:sprintf(key_s,"key is Right");break;
                    case 80:sprintf(key_s,"key is DOWN ");break;
                }
                PC_DispStr(10, 5, key_s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
            }
        }
        OSTimeDly(10);
    }
}

Result

UCOS-II 使用信号量

Part 1 UCOS-II 信号量

UCOS-II中信号量利用时间控制块实现，事件控制块中保存有类似任务调度的等待组。实现方式类似从等待队列中抽取优先级最高的任务。信号量相关有以下方法：

创建信号量：OSSemCreate()

OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt)

• cnt 是信号量的初始值
• 中断中不允许创建Sem
• 若freelist中没用空闲的ECB块则创建失败
• 返回的pevent 指向该信号量的ECB

等待信号量：OSSemPend()

void OSSemPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)

• timeout 超时，放到了TCB中的dly
• err 错误类型
• pevent的OSEventCnt 保存信号量的值

当返回有两种可能：

• err为OS_NO_ERR 则为获取了该信号量
• err为OS_TIMEOUT 则为超时

给予信号量：OSSemPost()

INT8U OSSemPost (OS_EVENT *pevent)

• 若有任务在等这个信号量
• 将优先级最高的放入就绪队列并消除TCB的标志。

删除信号量：OSSemDel()

OS_EVENT *OSSemDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err)

• opt 为 OS_DEL_NO_PEND 没有任务在等的时候删除。
• opt 为 OS_DEL_ALWAYS即使有任务在等，也要删除。将所有的等待任务放入就绪队列。

检查信号量：OSSemAccept()

INT16U OSSemAccept(OS_EVENT *pevent)

非阻塞获取信号量

• 若信号量大于0，则获取信号量
• 若信号量小于等于0，不等直接返回

Part2 信号量测试

在主函数中创建信号量：

/*Create semaphore*/
mutex = OSSemCreate(1);

测试互斥信号量

OS_STK_DATA data;

void  Task0 (void *pdata){
    INT8U *err;
    char s[40];
    pdata = pdata;
    while(1){
        OSSemPend (mutex, 1000, err);
        err  = OSTaskStkChk(TASK_1_PRIO, &data);
        if (err == OS_NO_ERR) {
            sprintf(s, "Task0 : Total:%4ld    Free:%4ld        Used:%4ld   ",
                    data.OSFree + data.OSUsed,
                    data.OSFree,
                    data.OSUsed);
            PC_DispStr(10, 6 , s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
            PC_DispStr(10, 7 , "                                                                 ", DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        }
        OSSemPost (mutex);
        OSTimeDly(800);
    }
}

void  Task1 (void *pdata){
    INT8U *err;
    char s[40];
    pdata = pdata;
    while(1){
        OSSemPend (mutex, 1000, err);
        err  = OSTaskStkChk(TASK_1_PRIO, &data);
        if (err == OS_NO_ERR) {
            sprintf(s, "Task1 : Total:%4ld    Free:%4ld        Used:%4ld   ",
                    data.OSFree + data.OSUsed,
                    data.OSFree,
                    data.OSUsed);
            PC_DispStr(10, 7 , s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
            PC_DispStr(10, 6 , "                                                                 ", DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);

        }
        OSSemPost (mutex);
        OSTimeDly(600);
    }
}

运行后，可以看到Task0和Task1打印出的两条消息交替出现。

Part 3 生产者消费者

一定要检查CFG中Event的上限参数

#define OS_MAX_EVENTS             10   

新增加信号量

full = OSSemCreate(0);
empty = OSSemCreate(10);

设置缓存

int buff[10];

生产者与消费者

• 生产者与消费者通过信号量mutex实现互斥，防止同时读取或写入
• 生产者与消费者通过信号量full与empty进行协作

生产者：

生产者等待到empty信号量后获取锁向buff中写入内容。写入完成后通知full信号量

void  Task0 (void *pdata){
    INT8U *err;
    int count = 13;
    int cur_pos = 0;
    char s[40];
    pdata = pdata;
    while(1){
        //等待empty
        OSSemPend (empty,1000, err);
        //向buff中写入

        OSSemPend (mutex,1000, err);
        buff[cur_pos] = count;
        OSSemPost (mutex);

        sprintf(s,"Write data %d empty = %d cur %d",buff[cur_pos],empty->OSEventCnt,cur_pos);

        //更新数据
        cur_pos = (cur_pos + 1) % 10;
        count ++;

        //通知full
        OSSemPost (full);
        PC_DispStr(10, 6, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        OSTimeDly(300);
    }
}

消费者：

生产者等待到full信号量后获取锁读取buff中内容。读取完成后通知empty信号量

void  Task1 (void *pdata){
    INT8U *err;
    int cur_pos = 0;
    char s[40];
    int reg;
    pdata = pdata;
    while(1){
        //等待full
        OSSemPend (full,1000, err);
        //向buff中读取

        OSSemPend (mutex,1000, err);
        reg = buff[cur_pos];
        OSSemPost (mutex);

        sprintf(s,"Read data %d full = %d cur = %d",reg,full->OSEventCnt,cur_pos);

        //更新数据
        cur_pos = (cur_pos + 1) % 10;
        //通知empty
        OSSemPost (empty);

        PC_DispStr(10, 8, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        OSTimeDly(800);
    }
}

Result

UCOS-II 互斥信号量

创建互斥信号量

创建函数为

OS_EVENT  *OSMutexCreate (INT8U prio, INT8U *err)

相比较于信号量，多出了一个优先级参数

获得互斥信号量

获得互斥信号量的函数为

void  OSMutexPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)

• 若没有人占有，则cnt的低八位为AVAILABLE的flag，则获取该信号量，并将当前的优先级保存在低八位。

• 若有人占用

  • 若没有提升优先级&&占有mutex的优先级比本任务优先级低，则提升优先级至prio (修改TCB中的prio，讲task从原来的就绪队列中清除，并根据新的prio放入等待队列)
  • 其他情况则不提升占有者的优先级。

  以上提升步骤完成后，让当前任务等待该互斥信号量。启动调度。当重新回到当前任务时，要么时间超时要么可以获取信号量。

释放互斥信号量

释放互斥信号量的函数为

    INT8U  OSMutexPost (OS_EVENT *pevent)

释放信号量要将自己的优先级还原，并给下一个等待者。最后设置AVAILABLE

UCOS-II 事件标志

事件标志

OS_FLAG_GRP

typedef struct {                            /* Event Flag Group                                        */
    INT8U         OSFlagType;               /* Should be set to OS_EVENT_TYPE_FLAG                     */
    void         *OSFlagWaitList;           /* Pointer to first NODE of task waiting on event flag     */
    OS_FLAGS      OSFlagFlags;              /* 8, 16 or 32 bit flags                                   */
} OS_FLAG_GRP;   

OS_FLAG_NODE

typedef struct {                            /* Event Flag Wait List Node                               */
    void         *OSFlagNodeNext;           /* Pointer to next     NODE in wait list                   */
    void         *OSFlagNodePrev;           /* Pointer to previous NODE in wait list                   */
    void         *OSFlagNodeTCB;            /* Pointer to TCB of waiting task                          */  
    void         *OSFlagNodeFlagGrp;        /* Pointer to Event Flag Group                             */  
    OS_FLAGS      OSFlagNodeFlags;          /* Event flag to wait on                                   */  
    INT8U         OSFlagNodeWaitType;       /* Type of wait:                                           */
                                            /*      OS_FLAG_WAIT_AND                                   */
                                            /*      OS_FLAG_WAIT_ALL                                   */
                                            /*      OS_FLAG_WAIT_OR                                    */
                                            /*      OS_FLAG_WAIT_ANY                                   */
} OS_FLAG_NODE;

OS_FLAGS

OS_FLAGS由自己定义，UCOS中并未给出定义。

Create

OS_FLAG_GRP  *OSFlagCreate (OS_FLAGS flags, INT8U *err)

创建是从OSFlagFreeList中取出一个可用的OS_FLAG_GRP 并将其赋值。返回的是OS_FLAG_GRP中已经赋值完毕的该结构体。

Pend

OS_FLAGS  OSFlagPend (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT16U timeout, INT8U *err)

• flags为期望等待的内容

• wait_type

  
  OS_FLAG_WAIT_CLR_ALL   期望指定flags中所有位为0
  
  OS_FLAG_WAIT_SET_ALL   期望指定flags中所有位为1
  
  OS_FLAG_WAIT_CLR_ANY   期望指定flags中任意一位及以上为0
  
  OS_FLAG_WAIT_SET_ANY   期望指定flags中任意一位及以上为1

  利用wait_type+OS_FLAG_CONSUME设置清0

  pgrp->OSFlagFlags &= ~flags_rdy;

• 如果没等到则调用OS_FlagBlock

• 重新回到任务判断是否等到或时间超时

OS_FlagBlock

static  void  OS_FlagBlock (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAG_NODE *pnode, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT16U timeout)

将当前任务放到OS_FLAG_GRP->OSFlagWaitList中，并从就绪队列中移出该任务。

POST

OS_FLAGS  OSFlagPost (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U opt, INT8U *err)

• 先将flags改变的位添加进pgrp的flags

• opt为

  set     (OS_FLAG_SET) 
  cleared (OS_FLAG_CLR)

• 查看所有的等待的任务，是否符合他们等待的结果OS_FlagTaskRdy

  ​

测试事件标志

设置OS_MAX_FLAGS

#define OS_MAX_FLAGS              5

设置自己的OS_FLAGS

typedef INT16U             OS_FLAGS;   
/* Date type for event flag bits (8, 16 or 32 bits)             */
OS_FLAG_GRP *pgrp;

创建事件

/*Create Event Flag*/
pgrp = OSFlagCreate(init_flag,err);

事件标记发送方

void  Task0 (void *pdata){
    INT8U *err;
    char s[40];
    OS_FLAGS task0_flag = 0x01;
    OS_FLAGS cur_flag = 0;

    pdata = pdata;
    while(1){
        cur_flag = OSFlagPost(pgrp,task0_flag,OS_FLAG_SET,err);
        sprintf(s,"write flag 0x%x cur flag 0x%x",task0_flag,cur_flag);
        task0_flag = task0_flag << 1;
        PC_DispStr(10, 6, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        OSTimeDly(300);
    }
}

事件标记接收方

void  Task1 (void *pdata){
    INT8U *err;
    char s[40];
    OS_FLAGS wish_flag = 0xF;
    pdata = pdata;
    while(1){
        OSFlagPend(pgrp,wish_flag,OS_FLAG_WAIT_SET_ALL+OS_FLAG_CONSUME,10000000,err);
        if(*err == OS_TIMEOUT){
            sprintf(s,"Time out");
            PC_DispStr(10, 8, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        }
        else if(*err == OS_NO_ERR){
            sprintf(s,"Wait end");
            PC_DispStr(10, 8, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        }
        OSTimeDly(300);
    }
}

注意设置等待标志为OS_FLAG_WAIT_SET_ALL+OS_FLAG_CONSUME

测试

利用事件标志模拟实现数码管

由上面的测试很容易实现数码管，每个任务等待对应的标志。

实现数字转标志的函数：

INT8U get_led(int num){
    INT8U show = 0;
    switch(num){
        case 0:show = 0x3F;break;
        case 1:show = 0x06;break;
        case 2:show = 0x5b;break;
        case 3:show = 0x4f;break;
        case 4:show = 0x66;break;
        case 5:show = 0x6d;break;
        case 6:show = 0x7d;break;
        case 7:show = 0x07;break;
        case 8:show = 0x7f;break;
        case 9:show = 0x6f;break;
        default:show = 0xff;break;
    }
    return show;
}

每一个显示函数的框架如下：

//show led
void  Task2 (void *pdata){
    INT8U *err;
    char s[40];
    int randnum = 0;
    OS_FLAGS led_flag = 0x00;
    OS_FLAGS cur_flag = 0x00;
    pdata = pdata;

    TaskStartCreateLED();
    while(1){
        randnum = (randnum+1)%10;
        led_flag = (OS_FLAGS)get_led(randnum);
        cur_flag = OSFlagPost(pgrp,led_flag,OS_FLAG_SET,err);
        sprintf(s,"Task 2 %d cur_flag 0x%x",randnum,cur_flag);
        PC_DispStr(10, 9, s, DISP_FGND_BLACK + DISP_BGND_LIGHT_GRAY);
        OSTimeDly(300);
    }
}

测试结果如下：

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