uC/OS-II的任务

uC/OS-II的任务

      在小型应用中，通常一个嵌入式系统中的所有程序模块同属于一个统一的任务——对宿主对象进行控制。因此，通常认为在嵌入式系统中只有一个进程，而把这个进程进行分解之后的那些小程序模块，由于他们没有自己的内存空间，所以他们实质上就是所谓的线程。在uC/OS-II中，习惯把这样的线程叫做任务，或者叫做实时任务。

      实时系统中的任务的执行大多数都是由外部事件触发的。也就是说，实时操作系统的主要工作就是响应并处理各种外部事件。

uC/OS-II任务的存储结构

      从应用程序设计的角度来看，uC/OS-II的任务就是一个线程，是一个用来解决用户问题的C函数和与之相关联的一些数据结构而构成的一个实体。

      从任务的存储结构来看，任务有3个组成部分：任务程序代码，任务堆栈和任务控制块。其中，任务控制块用来保存任务属性；任务堆栈用来保存任务工作环境；任务程序代码是任务的执行部分。

uC/OS-II任务的优先级别

      uC/OS-II把任务的优先权分为64个优先级别，每个级别都用一个数字来表示。数字0表示任务的优先级别最高，数字越大则表示任务的优先级别越低。

      uC/OS-II规定，一个应用程序的任务数最多可以有64个。但在实际应用中，为了节省内存，用户可根据需要，在配置文件OS_CFG.H中通过对常数OS_LOWEST_PRIO赋值的方法来说明应用程序中任务优先级别的数目。通常，常数OS_LOWEST_PRIO还有另外一个意义，它还用来表示系统中任务的最低级别。该常数一旦被定义，就意味着系统可供使用的优先级别一共有OS_LOWEST_PRIO+1个，它们分别是：0，1，2，……OS_LOWEST_PRIO。

任务控制块

      uC/OS-II用来记录任务的堆栈指针，任务的当前状态，任务的优先级别等一些与任务管理有关的表就叫做任务控制块。即进程控制块。

      为了管理系统中的多个任务，uC/OS-II把系统所有任务的控制块链接为两条链表。

      在uC/OS-II中，当用户应用程序调用系统函数OSTaskCreate()创建一个用户任务时，这个函数会把该任务的所有相关数据赋予任务控制块中的对应成员，并驻留在RAM中。

      任务控制块结构的定义为如下：（在uC/OS-II.H中定义）

typedef struct os_tcb {

    OS_STK        *OSTCBStkPtr;        /* Pointer to current top of stack                              */

 

#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN   

    void          *OSTCBExtPtr;        /* Pointer to user definable data for TCB extension             */

    OS_STK        *OSTCBStkBottom;     /* Pointer to bottom of stack                                   */

    INT32U         OSTCBStkSize;       /* Size of task stack (in bytes)                                */

    INT16U         OSTCBOpt;           /* Task options as passed by OSTaskCreateExt()                  */

    INT16U         OSTCBId;            /* Task ID (0..65535)                                           */

#endif

 

    struct os_tcb *OSTCBNext;          /* Pointer to next     TCB in the TCB list                      */

    struct os_tcb *OSTCBPrev;          /* Pointer to previous TCB in the TCB list                      */

 

#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN || OS_SEM_EN

    OS_EVENT      *OSTCBEventPtr;      /* Pointer to event control block                               */

#endif

 

#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN

    void          *OSTCBMsg;           /* Message received from OSMboxPost() or OSQPost()              */

#endif   

 

    INT16U         OSTCBDly;           /* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event        */

    INT8U          OSTCBStat;          /* Task status                                                  */

    INT8U          OSTCBPrio;          /* Task priority (0 == highest, 63 == lowest)                   */

 

    INT8U          OSTCBX;             /* Bit position in group  corresponding to task priority (0..7) */

    INT8U          OSTCBY;             /* Index into ready table corresponding to task priority        */

    INT8U          OSTCBBitX;          /* Bit mask to access bit position in ready table               */

    INT8U          OSTCBBitY;          /* Bit mask to access bit position in ready group               */

   

#if OS_TASK_DEL_EN   

    BOOLEAN        OSTCBDelReq;        /* Indicates whether a task needs to delete itself              */

#endif

} OS_TCB;

 

OSTCBStat用来存放任务的当前状态：

                                       /* TASK STATUS (Bit definition for OSTCBStat)                   */

#define  OS_STAT_RDY            0x00   /* Ready to run                                                 */

#define  OS_STAT_SEM            0x01   /* Pending on semaphore                                         */

#define  OS_STAT_MBOX           0x02   /* Pending on mailbox                                           */

#define  OS_STAT_Q              0x04   /* Pending on queue                                             */

#define  OS_STAT_SUSPEND        0x08   /* Task is suspended                                            */

 

任务控制块链表(学习实时性的链表处理方法)

      uC/OS-II用两条链表管理任务控制块：一条是空任务控制块链表（其中所有任务控制块还没有分配给任务）；另一条是任务控制块链表（其中所有任务控制块已经分配给任务了）。

      众所周知，在这种链表例查找一个元素有时是很费时的，而且查找时间还与目标元素在链表中的位置有关，有某种不确定性，这两种情况都是实时系统所忌讳的。所以，为了加快对任务控制块的访问速度，除了任务控制块链表被创建为双向链表之外，uC/OS-II在uC/OS-II.H中还定义了一个数据类型为0S_TCB* DE 数组OSTCBTbl[]，专门用来存放指向各任务控制块的指针，并按任务的优先级别把这些指针存放数组的各元素里。这样，在访问某个任务的任务控制块时，就可以按照任务的优先级别直接从数组OSTCBTbl[]的对应元素中获得该任务控制块的指针，并通过它直接找到该任务控制块了。

 

任务堆栈

      在文件OS_CUP.H中专门定义了一个数据类型OS_STK:

typedef unsigned int   OS_STK;                   /* Each stack entry is 16-bit wide                    */

在应用程序中定义一个OS_STK类型的一个数组即可。

#define  TASK_STK_SIZE                 512       /* Size of each task's stacks (# of WORDs)            */

#define  N_TASKS                        10       /* Number of identical tasks                          */

OS_STK           TaskStk[N_TASKS][TASK_STK_SIZE];     /* Tasks stacks                                  */

OS_STK           TaskStartStk[TASK_STK_SIZE];

 

需要注意的是，堆栈的增长方向是随系统使用的处理器的不同而不同的，利用OS_CFG.H文件中的常数OS_STK_GROWTH作为选择开关，选择不同的增长方向。

 

任务堆栈的初始化

      应用程序在创建一个新任务时，就必须把在系统启动这个任务时处理器个寄存器所需的初始化数据（任务指针，任务堆栈指针程序状态字等）事先存放在这个任务的堆栈中。这个工作是在创建任务函数OSTaskCreate()中通过调用任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit()来完成的。

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

      该函数需要用户在进行uC/OS-II的移植时按所使用的处理器由用户来编写。

 

系统任务

      uC/OS-II预定义了两个为应用程序服务的系统任务：空闲任务(OSTaskIdle())和统计任务(OSTaskStat())。

 

临界区

      uC/OS-II中的临界区，值得就是一个特殊代码段。如果在程序中有一段代码在执行期间不允许中断，那么它就是具有原子性的代码段。这种代码段在uC/OS-II中叫做临界区。

      在uC/OS-II中用宏OS_ENTER_CRITICAL()关闭中断，而用OS_EXIT_CRITICAL()打开中断。（在OS_CPU.H中）

OS_ENTER_CRITICAL()；

……//临界区

OS_EXIT_CRITICAL()；