O-009 UCOSIII的基础知识讲解

功能

• 帮助初学者初识UCOSIII
• 掌握UCOSIII的基本知识，具体包括任务的创建与删除、任务的挂起与恢复、软件定时器、信号量和互斥信号量、消息的传递等

一、简介

  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。
  μC/OS-II可以大致分成核心、任务处理、时间处理、任务同步与通信，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。

二、基础知识

1、任务的创建

①定义相关参数

//任务优先级
#define LED1_TASK_PRIO		5
//任务堆栈大小	
#define LED1_STK_SIZE 		128
//任务控制块
OS_TCB Led1TaskTCB;
//任务堆栈	
CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
//任务函数
void led1_task(void *p_arg);

②创建任务

//创建LED1任务
OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led1TaskTCB,		
			 (CPU_CHAR	* )"led1 task", 		
                (OS_TASK_PTR )led1_task, 			
                (void		* )0,					
                (OS_PRIO	  )LED1_TASK_PRIO,     	
                (CPU_STK   * )&LED1_TASK_STK[0],	
                (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE/10,	
                (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE,		
                (OS_MSG_QTY  )0,					
                (OS_TICK	  )0,					
                (void   	* )0,				
                (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, 
                (OS_ERR 	* )&err);

③编写任务函数

//led1任务函数
void led1_task(void *p_arg)
{
	OS_ERR err;
	p_arg = p_arg;
	while(1)
	{
		LED1=~LED1;
		OSTimeDlyHMSM(0,0,0,200,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时500ms
	}
}

2、任务的挂起与恢复

在这里插入代码片//task1任务函数
void task1_task(void *p_arg)
{
	u8 task1_num=0;
	OS_ERR err;
	CPU_SR_ALLOC();
	p_arg = p_arg;
	
	POINT_COLOR = BLACK;
	OS_CRITICAL_ENTER();
	LCD_DrawRectangle(5,110,115,314); 	//画一个矩形	
	LCD_DrawLine(5,130,115,130);		//画线
	POINT_COLOR = BLUE;
	LCD_ShowString(6,111,110,16,16,"Task1 Run:000");
	OS_CRITICAL_EXIT();
	while(1)
	{
		task1_num++;	//任务1执行次数加1 注意task1_num1加到255的时候会清零！！
		LED0= ~LED0;
		printf("任务1已经执行：%d次\r\n",task1_num);
		if(task1_num==5) 
		{
			OSTaskSuspend((OS_TCB*)&Task2_TaskTCB,&err);//任务1执行5次后挂起任务2
			printf("任务1挂起了任务2!\r\n");
		}
		if(task1_num==10) 
		{
			OSTaskResume((OS_TCB*)&Task2_TaskTCB,&err);	//任务1运行10次后恢复任务2
			printf("任务1恢复了任务2!\r\n");
		}
		LCD_Fill(6,131,114,313,lcd_discolor[task1_num%14]); //填充区域
		LCD_ShowxNum(86,111,task1_num,3,16,0x80);	//显示任务执行次数
		OSTimeDlyHMSM(0,0,1,0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时1s
		
	}
}

3、任务同步

①定义信号量

OS_SEM	MY_SEM;		           				 //定义一个信号量，用于访问共享资源

②在开始任务中创建信号量

OSSemCreate ((OS_SEM*	)&MY_SEM,			//创建一个信号量
                (CPU_CHAR*	)"MY_SEM",
                (OS_SEM_CTR)1,		
                (OS_ERR*	)&err);

③使用信号量

//led0任务函数
void led0_task(void *p_arg)
{
	OS_ERR err;
	p_arg = p_arg;
	while(1)
	{
		OSSemPend(&MY_SEM,0,OS_OPT_PEND_BLOCKING,0,&err); 	//请求信号量
		LED0=~LED0;
		
//		share_resource=share_resource+1;
//		printf("任务1执行次数：%d\r\n",share_resource);
//		delay_ms(1000);
//		OSSemPost (&MY_SEM,OS_OPT_POST_1,&err);				//发送信号量
		OSTimeDlyHMSM(0,0,1,0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时500ms
	}
}

//led1任务函数
void led1_task(void *p_arg)
{
	OS_ERR err;
	p_arg = p_arg;
	while(1)
	{
		LED1=~LED1;
		OSSemPost (&MY_SEM,OS_OPT_POST_1,&err);
//		OSSemPend(&MY_SEM,0,OS_OPT_PEND_BLOCKING,0,&err); 	//请求信号量
//		share_resource=share_resource+1;
//		printf("任务2执行次数：%d\r\n",share_resource);
		//delay_ms(2000);
						//发送信号量
		OSTimeDlyHMSM(0,0,2,0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时500ms
	}
}

4、消息传递

①定义消息队列

#define KEYMSG_Q_NUM	1	//按键消息队列的数量
#define DATAMSG_Q_NUM	4	//发送数据的消息队列的数量
OS_Q KEY_Msg;				//定义一个消息队列，用于按键消息传递，模拟消息邮箱
OS_Q DATA_Msg;				//定义一个消息队列，用于发送数据

②创建消息队列

//创建消息队列KEY_Msg
OSQCreate ((OS_Q*		)&KEY_Msg,	//消息队列
               (CPU_CHAR*	)"KEY Msg",	//消息队列名称
               (OS_MSG_QTY	)KEYMSG_Q_NUM,	//消息队列长度，这里设置为1
               (OS_ERR*	)&err);		//错误码
//创建消息队列DATA_Msg
OSQCreate ((OS_Q*		)&DATA_Msg,	
               (CPU_CHAR*	)"DATA Msg",	
               (OS_MSG_QTY	)DATAMSG_Q_NUM,	
               (OS_ERR*	)&err);	

③任务函数

//定时器1的回调函数
void tmr1_callback(void *p_tmr,void *p_arg)
{
	u8 *pbuf;
	static u8 msg_num;
	OS_ERR err;
	pbuf = mymalloc(SRAMIN,10);	//申请10个字节
	if(pbuf)	//申请内存成功
	{
		msg_num++;
		sprintf((char*)pbuf,"ALIENTEK %d",msg_num);
		//发送消息
		OSQPost((OS_Q*		)&DATA_Msg,		
				(void*		)pbuf,
				(OS_MSG_SIZE)10,
				(OS_OPT		)OS_OPT_POST_FIFO,
				(OS_ERR*	)&err);
		if(err != OS_ERR_NONE)
		{
			myfree(SRAMIN,pbuf);	//释放内存
			OSTmrStop(&tmr1,OS_OPT_TMR_NONE,0,&err); //停止定时器1
			tmr1sta = !tmr1sta;
			LCD_ShowString(10,150,100,16,16,"TMR1 STOP! ");
		}
	}	
}

//主任务的任务函数
void main_task(void *p_arg)
{
	u8 key,num;
	OS_ERR err;
	u8 *p;
	while(1)
	{
		key = KEY_Scan(0);  //扫描按键
		if(key)
		{
			//发送消息
			OSQPost((OS_Q*		)&KEY_Msg,		
					(void*		)&key,
					(OS_MSG_SIZE)1,
					(OS_OPT		)OS_OPT_POST_FIFO,
					(OS_ERR*	)&err);
		}
		num++;
		if(num%10==0) check_msg_queue(p);//检查DATA_Msg消息队列的容量
		if(num==50)
		{
			num=0;
			LED0 = ~LED0;
		}
		OSTimeDlyHMSM(0,0,0,10,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err);   //延时10ms
	}
}

//按键处理任务的任务函数
void Keyprocess_task(void *p_arg)
{	
	u8 num;
	u8 *key;
	OS_MSG_SIZE size;
	OS_ERR err;
	while(1)
	{
		//请求消息KEY_Msg
		key=OSQPend((OS_Q*			)&KEY_Msg,   
					(OS_TICK		)0,
                    (OS_OPT			)OS_OPT_PEND_BLOCKING,
                    (OS_MSG_SIZE*	)&size,		
                    (CPU_TS*		)0,
                    (OS_ERR*		)&err);
		switch(*key)
		{
			case WKUP_PRES:		//KEY_UP控制LED1
				LED1 = ~LED1;
				break;
			case KEY2_PRES:		//KEY2控制蜂鸣器
				BEEP = ~BEEP;
				break;
			case KEY0_PRES:		//KEY0刷新LCD背景
				num++;
				LCD_Fill(126,111,233,313,lcd_discolor[num%14]);
				break;
			case KEY1_PRES:		//KEY1控制定时器1
				tmr1sta = !tmr1sta;
				if(tmr1sta) 
				{
					OSTmrStart(&tmr1,&err);
					LCD_ShowString(10,150,100,16,16,"TMR1 START!");
				}
				else
				{
					OSTmrStop(&tmr1,OS_OPT_TMR_NONE,0,&err); //停止定时器1
					LCD_ShowString(10,150,100,16,16,"TMR1 STOP! ");
				}
				break;
		}
	}
}

//显示消息队列中的消息
void msgdis_task(void *p_arg)
{
	u8 *p;
	OS_MSG_SIZE size;
	OS_ERR err; 
	while(1)
	{
		//请求消息
		p=OSQPend((OS_Q*		)&DATA_Msg,   
				  (OS_TICK		)0,
                  (OS_OPT		)OS_OPT_PEND_BLOCKING,
                  (OS_MSG_SIZE*	)&size,	
                  (CPU_TS*		)0,
                  (OS_ERR*		)&err);
		LCD_ShowString(5,270,100,16,16,p);
		myfree(SRAMIN,p);	//释放内存
		OSTimeDlyHMSM(0,0,1,0,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err); //延时1s
	}
}

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