嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 1
What is uC/OS?
u,Micro C:control
uC/OS, 适合于小的、控制器的操作系统
? 小巧
? 公开源代码，详细的注解
? 可剥夺实时内核
? 可移植性强
? 多任务
? 确定性
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 2
The Story of uC/OS
? 美国人 Jean Labrosse 1992年编写的
? 商业软件的昂贵
? 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器
械、音响设备、发动机控制、高速公路电话
系统、自动提款机等
? 1998年 uC/OS-II，目前的版本 uC/OS-II V2.51
? www.uCOS-II.com
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 3
概要
? 内核结构 -任务以及调度机制
? 任务间通信
? uC/OS的移植
? 在 PC机上运行 uC/OS
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 4
任务 task
? 典型的一个无限循环。
void mytask(void *pdata)
{
for (;;) {
do something;
waiting;
do something;
}
}
? 支持 64个任务, 每个任务一个特定的优先级 。 优先级
越高, 数字越小
? 系统占用了两个任务，空闲任务和统计任务。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 5
任务的数据结构 — 任 务控制块
? 任务控制块 OS_tcb，包括
任务堆栈指针，状态，优先级，任务表
位置，任务链表指针等。
? 所有的任务控制块分为两条链表，空闲
链表和使用链表。
OSTCBFreeList
TCB0 TCB1 TCBn
新任务 TCB
(1)
空
(2)
(3)
prenext
图 4.3 TCB的双向链表结构
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 6
任务控制块结构
? Struct os_tcb {
OS_STK *OSTCBStkPtr;
struct os_tcb *OSTCBNext;
struct os_tcb *OSTCBprev;
OS_EVENT *OSTCBEventPtr;
void *OSTCBMsg;
INT16U OSTCBDly;
INT8U OSTCBStat;
INT8U OSTCBPrio;
INT8U OSTCBX,OSTCBY,OSTCBBitX,OSTCBBitY;
} OS_TCB
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 7
任务的状态
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 8
任务的状态 OSTCBStat
? 运行，就绪，等待，挂起 …
? 可以有多个准备就绪的任务，但一个时
刻只有一个任务可以运行,OSHighRdy
挂起 队列 邮箱 信号量
低四位OSTCBStat
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 9
任务的调度 --OSSched
? uC/OS是占先式实时多任务内核，优先级
最高的任务一旦准备就绪，则拥有 CPU的
所有权开始投入运行。
? uC/OS中不支持时间片轮转法，每个任务
的优先级要求不一样且是唯一的，所以
任务调度的工作就是：查找准备就绪的
最高优先级的任务并进行 上下文切换。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 10
任务的调度
? 就绪任务表：用于存贮每个任务的就绪
状态标志。由两个变量组成：
? OSRedyGrp,8位，每位表示一组（ 8个）任务中
是否有就绪的任务。
? OSRdyTbl[]：位图方式表示某个任务是否就绪。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 11
就绪状态标志
Bit 0 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[0] is 1.
Bit 1 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[1] is 1.
Bit 2 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[2] is 1.
Bit 3 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[3] is 1.
Bit 4 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[4] is 1.
Bit 5 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[5] is 1.
Bit 6 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[6] is 1.
Bit 7 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[7] is 1.
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 12
根据优先级找到任务在就绪任务表中的位置
OS Rd yG rp
12 07 6 5 4 3
00 XXXYY Y
任务优先级
2 017 6 5 4 3
10 8915 14 13 12 11
18 161723 22 21 20 19
26 242531 30 29 28 27
34 323339 38 37 36 35
42 404147 46 45 44 43
50 484955 54 53 52 51
58 565763 62 61 60 59
[0 ]
[1 ]
[2 ]
[3 ]
[4 ]
[5 ]
[6 ]
[7 ]
OS Rd yT bl [7 ]
X
Y
优先级最低任务
（空闲任务）
优先级最高任务
任务优先级号
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 13
根据优先级确定就绪表
? 假设优先级为 12的任务进入就绪状态, 12=1 100b,
则 OSRdyTbl[1]的第 4位置 1,且 OSRdyGrp的第 1位
置 1,相应的数学表达式为,
OSRdyGrp |=0x02；
OSRdyTbl[1] |=0x10;
? 而 优 先 级 为 21 的 任 务 就 绪 21=10 101b, 则
OSRdyTbl[2]的第 5位置 1,且 OSRdyGrp的第 2位置
1,相应的数学表达式为：
OSRdyGrp |=0x04；
OSRdyTbl[2] |=0x20;
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 14
根据优先级确定就绪表
? 从上面的计算我们可以得到,若第 n位置 1,则
应该与 2n 相或 。 uC/OS中, 把 2n的 n=0-7的
8个值 先计算好存在数组 OSMapTbl[7]中,也
就是：
OSMapTbl[0] =20=0x1;
OSMapTbl[1] =21=0x2;
……
OSMapTbl[7] =27=0x80;
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2002/11 15
根据优先级确定就绪表
? 利用 OSMapTbl,通过任务的识别号 -优先级 prio
来设置任务在就绪组和就绪表数组中相应位置的
数学式为：
OSRdyGrp |=OSMapTbl[prio>>3];
OSRdyTbl[prio>>3] |=OSMapTbl[prio & 0x07];
假设优先级为 12,1 100b
OSRdyGrp |=0x02；
OSRdyTbl[1] |=0x10;
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 16
根据就绪表确定最高优先级（ 1）
两个关键,
? 优先级数分解为高三位和低三位 分别确定；
? 高优先级有 着小的优先级号 ；
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 17
根据就绪表确定最高优先级（ 2）
? 通过 OSRdyGrp值确定高 3位，假设为
0x24=100 100b,---〉 OSRdyTbl[2] 和
OSRdyTbl[5]，高优先级为 2
? 通过 OSRdyTbl[2]的值来确定低 3位，
假设为 0x12=010 010b, ---〉 第 2个和
第 5个任务，取高优先级第 2个
----〉 17
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 18
源代码中使用了查表法
查表法具有确定的时间, 增加了系统的可预测性,
uC/OS中所有的系统调用时间都是确定的
? High3 =OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
? Low3 =OSUnMapTbl[OSRdyTbl[High3]];
? Prio =(Hign3<<3)+Low3;
？ 为什么频繁的使用查表法
？ 请问 OSUnMapTbl的来历；
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 19
INT8U const OSUnMapTbl[] = {
0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
7,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0
};
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2002/11 20
任务间通信手段
? 提供 OS_ENTER_CRITICAL和 OS_EXIT_CRITICAL来对
临界资源进行保护
? OSSchedLock( )禁止调度 保护任务级的共享资源。
? 提供了经典操作系统任务间通信方法：信号量、邮箱、
消息队列，事件标志。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 21
事件控制块 ECB
? 所有的通信信号都被看成是事件 (event),一个称为事件控制块 (ECB,Event
Control Block)的数据结构来表征每一个具体事件, ECB的结构如下：
程序 4.5 ECB的结构如下
---------------------------------------------------------------------
typedef struct {
void *OSEventPtr; /*指向消息或消息队列的指针 */
INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]; /*等待任务列表 */
INT16U OSEventCnt; /*计数器 （ 当事件是信号量时 ） */
INT8U OSEventType; /*事件类型：信号量, 邮箱等 */
INT8U OSEventGrp; /*等待任务组 */
} OS_EVENT;
与 TCB类似的结构, 使用两个链表, 空闲链表与使用链表
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 22
信号量 semaphore
? uC/OS中信号量由两部分组成：信号量的计数
值和等待该信号任务的等待任务表。信号量的
计数值可以为二进制,也可以是其他整数。
? 系统通过 OSSemPend( )和 OSSemPost( )来支持
信号量的两种原子操作 P()和 V()。 P()操作减少
信号量的值，如果新的信号量的值不大于 0,则
操作阻塞； V()操作增加信号量的值。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 23
中断与时钟节拍
? 我们知道：当发生中断时，首先应保护现场，将 CPU
寄存器入栈，再处理中断函数，然后恢复现场，将
CPU寄存器出栈，最后执行中断返回 iret(x86)指令实现
中断返回。
? uC/OS中提供了 OSIntEnter() 和 OSIntExit() 告诉内核
进入了中断状态。 OSIntNesting
? 时钟节拍是一种特殊的中断，操作系统的心脏。首先
32位的整数 OSTime加一。对任务列表进行扫描，判断
是否有延时任务应该处于准备就绪状态，最后进行上
下文切换。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 24
多任务的启动
? 首先创建任务
? 最后调用 OSStart开始多任务调度
void main( )
{ OSInit( );
…..
OSTaskcreat( )
…..
OSStart();
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 25
任务的格式
? 每个任务不能占用全部 CPU的资源
? 需要有等待，或延时等系统调用
? 典型的一个无限循环。
void mytask(void *pdata)
{
for (;;) {
do something;
waiting;
do something;
}
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 26
揭开神秘的面纱 — 任 务调度全程追踪
? For example1 创建 2个任务，每个任务仅仅是
进行延时，延时不同的时间片，不同优先级
void Task1(void) void Task2(void)
{ {
while(1) while(1)
{ {
blinkled1(); blinkled2();
Task1Data++; Task2Data++;
OSTimeDly(25); OSTimeDly(50);
} }
} }
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 27
void main()
{
sysinit();
OSInit ();
OSTaskCreate ( Task1,(void *)&Task1Data,
(void *)&Task1Stk[TASK_STK_SIZE],Task1prio);
OSTaskCreate (Task2,(void *)&Task2Data,
(void *)&Task2Stk[TASK_STK_SIZE],Task2prio);
ticker_start(OS_TICKS_PER_SEC);
OSStart();
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 28
void OSStart (void)
{
INT8U y,x;
if (OSRunning == FALSE) { 判断是否没有启动内核
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + x); 找到优先级最高的准备就
绪任务
OSPrioCur = OSPrioHighRdy; 当前运行任务优先级
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; 根据任务优先级
找到任务
OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
OSStartHighRdy(); 让优先级最高的任务运行起来
}
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 29
OSStartHighRdy:
bl OSTaskSwHook 用户自定义函数
把 OSRunning设为 1
li r0,1
lis r11,OSRunning@ha
stb r0,OSRunning@l(r11)
获取准备运行的任务 TCB指针
lis r11,OSTCBHighRdy@ha
lwz r11,OSTCBHighRdy@l(r11)
设置当前运行任务 TCB
lis r12,OSTCBCur@ha
stw r11,OSTCBCur@l(r12)
获取新的任务的堆栈指针
lwz r1,0(r11)
恢复新任务的上下文
lwz r2,XR2(r1)
.......
rfi
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 30
void OSTimeDly (INT16U ticks)
{
if (ticks > 0) { 确保 tick大于 0
OS_ENTER_CRITICAL(); 进入临界段代码
if ((OSRdyTbl[OSTCBCur->OSTCBY] &= ~OSTCBCur->OSTCBBitX) == 0)
{ /* Delay current task */
OSRdyGrp &= ~OSTCBCur->OSTCBBitY; 设置任务为非就绪状态
}
OSTCBCur->OSTCBDly = ticks; 在 TCB中装载延时数
OS_EXIT_CRITICAL(); 退出临界段代码
OSSched(); 调度下一个任务开始运行
}
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 31
void OSSched (void)
{
INT8U y;
OS_ENTER_CRITICAL();
if ((OSLockNesting | OSIntNesting) == 0) { 调度锁，或者处于中断状态禁止调度
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);
获取准备就绪组里最高优先级的任务
if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
设置运行任务为最高优先级任务
OSCtxSwCtr++;
OS_TASK_SW(); 执行上下文切换
} }
OS_EXIT_CRITICAL();
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 32
OS_TASK_SW 任务的上下文切换
? 通过 sc系统调用指令完成
? 保护当前任务的现场
? 恢复新任务的现场
? 执行中断返回指令
? 开始执行新的任务
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 33
什么也不做的空闲任务
只是为了消耗 CPU的时间片
void OSTaskIdle ( )
{
for (;;) {
OS_ENTER_CRITICAL();
OSIdleCtr++;
OS_EXIT_CRITICAL();
}
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 34
void OSTimeTick (void)
{
OS_TCB *ptcb;
ptcb = OSTCBList; ---OSTCB链表指针
while (ptcb->OSTCBPrio != OS_IDLE_PRIO) { 看是不是空闲任务，空闲任务是最后的任务
if (ptcb->OSTCBDly != 0) { 是否延时
if (--ptcb->OSTCBDly == 0) { 延时减一，看是否延时结束
if (!(ptcb->OSTCBStat & OS_STAT_SUSPEND)) {
OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; 是的话将其列入准备就绪表
OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;
} else {ptcb->OSTCBDly = 1; }
} }
ptcb = ptcb->OSTCBNext; 指针指向下一个 TCB结构
}
OSTime++; 变量加一，记录系统启动以来的时钟滴答数
}
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 35
OSTimeTick( void )
令指针指向第一个任务
是否是空闲任务？
任务是否存在延时？
延时数减一
延时数是否为 0？
如果条件合适, 将该
任务放入就绪列表
令指针指向下一个任务
OSTime++
返回
是
否
是
否
是
否
空闲任务总是
最后一个任务
对任务表进
行扫描
预定的延时到了
,就应该在使任
务处于就绪
条件是：任务
没有处于挂起
态
任务没有延时
的话忽略即可
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 36
时间
任务一
任务二
OSStart Time Tick Time Tick
1 25 50
Time Tick
空闲任务
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 37
总结
? 不存在一个内核任务 /实体，内核的管理
是通过调用系统函数来实现的。
? 每个任务有自己的堆栈空间。内核对任
务的占先式调度不会干扰每个任务的总
的运行结果。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 38
uC/OS的移植
? 代码分为三部分：
? 与 CPU 无 关 的 内 核 代 码, 包括 os_core.c,
os_mbox.c,os_mem.c,os_q.c,os_sem.c,
os_task.c,os_time.c,ucos_ii.c,ucos_ii.h;
? 与应用相关的设置头文件, 包括, os_cfg.h,
include.h;
? 处 理 器 相 关 的 代 码, 包括,os_cpu.h,
os_cpu_a.asm,os_cpu.c.c。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 39
移植要点
? 定义函数 OS_ENTER_CRITICAL和
OS_ENTER_CRITICAL。
? 定义函数 OS_TASK_SW执行任务切换。
? 定义函数 OSCtxSw实现用户级上下文切换，用
纯汇编实现。
? 定义函数 OSIntCtxSw实现中断级任务切换，用
纯汇编实现。
? 定义函数 OSTickISR。
? 定义 OSTaskStkInit来初始化任务的堆栈。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 40
uC/OS的改进
? 固定的基于优先级的调度，不支持时间片，使
用起来不方便。一个任务的基础上增加一个基
于时间片的微型调度核
? 在对临界资源的访问上使用关闭中断实现，没
有使用 CPU提供的硬件指令，例如测试并置位。
? 系统时钟中断，没有提供用户使用定时器，可
以借鉴 linux的定时器加以修改
? 可以加上文件系统和 TCP/IP协议栈
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 41
学习 uC/OS的步骤
? 学习与研究 uC/OS的起点：在 PC上执行
uC/OS,环境,TC编译环境，新建一个
工程
? 应用程序设计：消费者与生产者经典问
题。
? 源代码阅读
? 移植,DSP，单片机
2002/11 1
What is uC/OS?
u,Micro C:control
uC/OS, 适合于小的、控制器的操作系统
? 小巧
? 公开源代码，详细的注解
? 可剥夺实时内核
? 可移植性强
? 多任务
? 确定性
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 2
The Story of uC/OS
? 美国人 Jean Labrosse 1992年编写的
? 商业软件的昂贵
? 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器
械、音响设备、发动机控制、高速公路电话
系统、自动提款机等
? 1998年 uC/OS-II，目前的版本 uC/OS-II V2.51
? www.uCOS-II.com
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2002/11 3
概要
? 内核结构 -任务以及调度机制
? 任务间通信
? uC/OS的移植
? 在 PC机上运行 uC/OS
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 4
任务 task
? 典型的一个无限循环。
void mytask(void *pdata)
{
for (;;) {
do something;
waiting;
do something;
}
}
? 支持 64个任务, 每个任务一个特定的优先级 。 优先级
越高, 数字越小
? 系统占用了两个任务，空闲任务和统计任务。
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2002/11 5
任务的数据结构 — 任 务控制块
? 任务控制块 OS_tcb，包括
任务堆栈指针，状态，优先级，任务表
位置，任务链表指针等。
? 所有的任务控制块分为两条链表，空闲
链表和使用链表。
OSTCBFreeList
TCB0 TCB1 TCBn
新任务 TCB
(1)
空
(2)
(3)
prenext
图 4.3 TCB的双向链表结构
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 6
任务控制块结构
? Struct os_tcb {
OS_STK *OSTCBStkPtr;
struct os_tcb *OSTCBNext;
struct os_tcb *OSTCBprev;
OS_EVENT *OSTCBEventPtr;
void *OSTCBMsg;
INT16U OSTCBDly;
INT8U OSTCBStat;
INT8U OSTCBPrio;
INT8U OSTCBX,OSTCBY,OSTCBBitX,OSTCBBitY;
} OS_TCB
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2002/11 7
任务的状态
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 8
任务的状态 OSTCBStat
? 运行，就绪，等待，挂起 …
? 可以有多个准备就绪的任务，但一个时
刻只有一个任务可以运行,OSHighRdy
挂起 队列 邮箱 信号量
低四位OSTCBStat
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 9
任务的调度 --OSSched
? uC/OS是占先式实时多任务内核，优先级
最高的任务一旦准备就绪，则拥有 CPU的
所有权开始投入运行。
? uC/OS中不支持时间片轮转法，每个任务
的优先级要求不一样且是唯一的，所以
任务调度的工作就是：查找准备就绪的
最高优先级的任务并进行 上下文切换。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 10
任务的调度
? 就绪任务表：用于存贮每个任务的就绪
状态标志。由两个变量组成：
? OSRedyGrp,8位，每位表示一组（ 8个）任务中
是否有就绪的任务。
? OSRdyTbl[]：位图方式表示某个任务是否就绪。
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2002/11 11
就绪状态标志
Bit 0 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[0] is 1.
Bit 1 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[1] is 1.
Bit 2 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[2] is 1.
Bit 3 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[3] is 1.
Bit 4 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[4] is 1.
Bit 5 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[5] is 1.
Bit 6 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[6] is 1.
Bit 7 in OSRdyGrp is 1 when any bit in OSRdyTbl[7] is 1.
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2002/11 12
根据优先级找到任务在就绪任务表中的位置
OS Rd yG rp
12 07 6 5 4 3
00 XXXYY Y
任务优先级
2 017 6 5 4 3
10 8915 14 13 12 11
18 161723 22 21 20 19
26 242531 30 29 28 27
34 323339 38 37 36 35
42 404147 46 45 44 43
50 484955 54 53 52 51
58 565763 62 61 60 59
[0 ]
[1 ]
[2 ]
[3 ]
[4 ]
[5 ]
[6 ]
[7 ]
OS Rd yT bl [7 ]
X
Y
优先级最低任务
（空闲任务）
优先级最高任务
任务优先级号
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2002/11 13
根据优先级确定就绪表
? 假设优先级为 12的任务进入就绪状态, 12=1 100b,
则 OSRdyTbl[1]的第 4位置 1,且 OSRdyGrp的第 1位
置 1,相应的数学表达式为,
OSRdyGrp |=0x02；
OSRdyTbl[1] |=0x10;
? 而 优 先 级 为 21 的 任 务 就 绪 21=10 101b, 则
OSRdyTbl[2]的第 5位置 1,且 OSRdyGrp的第 2位置
1,相应的数学表达式为：
OSRdyGrp |=0x04；
OSRdyTbl[2] |=0x20;
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2002/11 14
根据优先级确定就绪表
? 从上面的计算我们可以得到,若第 n位置 1,则
应该与 2n 相或 。 uC/OS中, 把 2n的 n=0-7的
8个值 先计算好存在数组 OSMapTbl[7]中,也
就是：
OSMapTbl[0] =20=0x1;
OSMapTbl[1] =21=0x2;
……
OSMapTbl[7] =27=0x80;
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2002/11 15
根据优先级确定就绪表
? 利用 OSMapTbl,通过任务的识别号 -优先级 prio
来设置任务在就绪组和就绪表数组中相应位置的
数学式为：
OSRdyGrp |=OSMapTbl[prio>>3];
OSRdyTbl[prio>>3] |=OSMapTbl[prio & 0x07];
假设优先级为 12,1 100b
OSRdyGrp |=0x02；
OSRdyTbl[1] |=0x10;
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2002/11 16
根据就绪表确定最高优先级（ 1）
两个关键,
? 优先级数分解为高三位和低三位 分别确定；
? 高优先级有 着小的优先级号 ；
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2002/11 17
根据就绪表确定最高优先级（ 2）
? 通过 OSRdyGrp值确定高 3位，假设为
0x24=100 100b,---〉 OSRdyTbl[2] 和
OSRdyTbl[5]，高优先级为 2
? 通过 OSRdyTbl[2]的值来确定低 3位，
假设为 0x12=010 010b, ---〉 第 2个和
第 5个任务，取高优先级第 2个
----〉 17
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2002/11 18
源代码中使用了查表法
查表法具有确定的时间, 增加了系统的可预测性,
uC/OS中所有的系统调用时间都是确定的
? High3 =OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
? Low3 =OSUnMapTbl[OSRdyTbl[High3]];
? Prio =(Hign3<<3)+Low3;
？ 为什么频繁的使用查表法
？ 请问 OSUnMapTbl的来历；
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2002/11 19
INT8U const OSUnMapTbl[] = {
0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
7,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0
};
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2002/11 20
任务间通信手段
? 提供 OS_ENTER_CRITICAL和 OS_EXIT_CRITICAL来对
临界资源进行保护
? OSSchedLock( )禁止调度 保护任务级的共享资源。
? 提供了经典操作系统任务间通信方法：信号量、邮箱、
消息队列，事件标志。
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2002/11 21
事件控制块 ECB
? 所有的通信信号都被看成是事件 (event),一个称为事件控制块 (ECB,Event
Control Block)的数据结构来表征每一个具体事件, ECB的结构如下：
程序 4.5 ECB的结构如下
---------------------------------------------------------------------
typedef struct {
void *OSEventPtr; /*指向消息或消息队列的指针 */
INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]; /*等待任务列表 */
INT16U OSEventCnt; /*计数器 （ 当事件是信号量时 ） */
INT8U OSEventType; /*事件类型：信号量, 邮箱等 */
INT8U OSEventGrp; /*等待任务组 */
} OS_EVENT;
与 TCB类似的结构, 使用两个链表, 空闲链表与使用链表
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2002/11 22
信号量 semaphore
? uC/OS中信号量由两部分组成：信号量的计数
值和等待该信号任务的等待任务表。信号量的
计数值可以为二进制,也可以是其他整数。
? 系统通过 OSSemPend( )和 OSSemPost( )来支持
信号量的两种原子操作 P()和 V()。 P()操作减少
信号量的值，如果新的信号量的值不大于 0,则
操作阻塞； V()操作增加信号量的值。
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2002/11 23
中断与时钟节拍
? 我们知道：当发生中断时，首先应保护现场，将 CPU
寄存器入栈，再处理中断函数，然后恢复现场，将
CPU寄存器出栈，最后执行中断返回 iret(x86)指令实现
中断返回。
? uC/OS中提供了 OSIntEnter() 和 OSIntExit() 告诉内核
进入了中断状态。 OSIntNesting
? 时钟节拍是一种特殊的中断，操作系统的心脏。首先
32位的整数 OSTime加一。对任务列表进行扫描，判断
是否有延时任务应该处于准备就绪状态，最后进行上
下文切换。
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2002/11 24
多任务的启动
? 首先创建任务
? 最后调用 OSStart开始多任务调度
void main( )
{ OSInit( );
…..
OSTaskcreat( )
…..
OSStart();
}
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2002/11 25
任务的格式
? 每个任务不能占用全部 CPU的资源
? 需要有等待，或延时等系统调用
? 典型的一个无限循环。
void mytask(void *pdata)
{
for (;;) {
do something;
waiting;
do something;
}
}
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2002/11 26
揭开神秘的面纱 — 任 务调度全程追踪
? For example1 创建 2个任务，每个任务仅仅是
进行延时，延时不同的时间片，不同优先级
void Task1(void) void Task2(void)
{ {
while(1) while(1)
{ {
blinkled1(); blinkled2();
Task1Data++; Task2Data++;
OSTimeDly(25); OSTimeDly(50);
} }
} }
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2002/11 27
void main()
{
sysinit();
OSInit ();
OSTaskCreate ( Task1,(void *)&Task1Data,
(void *)&Task1Stk[TASK_STK_SIZE],Task1prio);
OSTaskCreate (Task2,(void *)&Task2Data,
(void *)&Task2Stk[TASK_STK_SIZE],Task2prio);
ticker_start(OS_TICKS_PER_SEC);
OSStart();
}
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2002/11 28
void OSStart (void)
{
INT8U y,x;
if (OSRunning == FALSE) { 判断是否没有启动内核
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + x); 找到优先级最高的准备就
绪任务
OSPrioCur = OSPrioHighRdy; 当前运行任务优先级
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]; 根据任务优先级
找到任务
OSTCBCur = OSTCBHighRdy;
OSStartHighRdy(); 让优先级最高的任务运行起来
}
}
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2002/11 29
OSStartHighRdy:
bl OSTaskSwHook 用户自定义函数
把 OSRunning设为 1
li r0,1
lis r11,OSRunning@ha
stb r0,OSRunning@l(r11)
获取准备运行的任务 TCB指针
lis r11,OSTCBHighRdy@ha
lwz r11,OSTCBHighRdy@l(r11)
设置当前运行任务 TCB
lis r12,OSTCBCur@ha
stw r11,OSTCBCur@l(r12)
获取新的任务的堆栈指针
lwz r1,0(r11)
恢复新任务的上下文
lwz r2,XR2(r1)
.......
rfi
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2002/11 30
void OSTimeDly (INT16U ticks)
{
if (ticks > 0) { 确保 tick大于 0
OS_ENTER_CRITICAL(); 进入临界段代码
if ((OSRdyTbl[OSTCBCur->OSTCBY] &= ~OSTCBCur->OSTCBBitX) == 0)
{ /* Delay current task */
OSRdyGrp &= ~OSTCBCur->OSTCBBitY; 设置任务为非就绪状态
}
OSTCBCur->OSTCBDly = ticks; 在 TCB中装载延时数
OS_EXIT_CRITICAL(); 退出临界段代码
OSSched(); 调度下一个任务开始运行
}
}
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2002/11 31
void OSSched (void)
{
INT8U y;
OS_ENTER_CRITICAL();
if ((OSLockNesting | OSIntNesting) == 0) { 调度锁，或者处于中断状态禁止调度
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);
获取准备就绪组里最高优先级的任务
if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {
OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
设置运行任务为最高优先级任务
OSCtxSwCtr++;
OS_TASK_SW(); 执行上下文切换
} }
OS_EXIT_CRITICAL();
}
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2002/11 32
OS_TASK_SW 任务的上下文切换
? 通过 sc系统调用指令完成
? 保护当前任务的现场
? 恢复新任务的现场
? 执行中断返回指令
? 开始执行新的任务
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2002/11 33
什么也不做的空闲任务
只是为了消耗 CPU的时间片
void OSTaskIdle ( )
{
for (;;) {
OS_ENTER_CRITICAL();
OSIdleCtr++;
OS_EXIT_CRITICAL();
}
}
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2002/11 34
void OSTimeTick (void)
{
OS_TCB *ptcb;
ptcb = OSTCBList; ---OSTCB链表指针
while (ptcb->OSTCBPrio != OS_IDLE_PRIO) { 看是不是空闲任务，空闲任务是最后的任务
if (ptcb->OSTCBDly != 0) { 是否延时
if (--ptcb->OSTCBDly == 0) { 延时减一，看是否延时结束
if (!(ptcb->OSTCBStat & OS_STAT_SUSPEND)) {
OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; 是的话将其列入准备就绪表
OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;
} else {ptcb->OSTCBDly = 1; }
} }
ptcb = ptcb->OSTCBNext; 指针指向下一个 TCB结构
}
OSTime++; 变量加一，记录系统启动以来的时钟滴答数
}
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2002/11 35
OSTimeTick( void )
令指针指向第一个任务
是否是空闲任务？
任务是否存在延时？
延时数减一
延时数是否为 0？
如果条件合适, 将该
任务放入就绪列表
令指针指向下一个任务
OSTime++
返回
是
否
是
否
是
否
空闲任务总是
最后一个任务
对任务表进
行扫描
预定的延时到了
,就应该在使任
务处于就绪
条件是：任务
没有处于挂起
态
任务没有延时
的话忽略即可
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 36
时间
任务一
任务二
OSStart Time Tick Time Tick
1 25 50
Time Tick
空闲任务
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 37
总结
? 不存在一个内核任务 /实体，内核的管理
是通过调用系统函数来实现的。
? 每个任务有自己的堆栈空间。内核对任
务的占先式调度不会干扰每个任务的总
的运行结果。
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2002/11 38
uC/OS的移植
? 代码分为三部分：
? 与 CPU 无 关 的 内 核 代 码, 包括 os_core.c,
os_mbox.c,os_mem.c,os_q.c,os_sem.c,
os_task.c,os_time.c,ucos_ii.c,ucos_ii.h;
? 与应用相关的设置头文件, 包括, os_cfg.h,
include.h;
? 处 理 器 相 关 的 代 码, 包括,os_cpu.h,
os_cpu_a.asm,os_cpu.c.c。
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 39
移植要点
? 定义函数 OS_ENTER_CRITICAL和
OS_ENTER_CRITICAL。
? 定义函数 OS_TASK_SW执行任务切换。
? 定义函数 OSCtxSw实现用户级上下文切换，用
纯汇编实现。
? 定义函数 OSIntCtxSw实现中断级任务切换，用
纯汇编实现。
? 定义函数 OSTickISR。
? 定义 OSTaskStkInit来初始化任务的堆栈。
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2002/11 40
uC/OS的改进
? 固定的基于优先级的调度，不支持时间片，使
用起来不方便。一个任务的基础上增加一个基
于时间片的微型调度核
? 在对临界资源的访问上使用关闭中断实现，没
有使用 CPU提供的硬件指令，例如测试并置位。
? 系统时钟中断，没有提供用户使用定时器，可
以借鉴 linux的定时器加以修改
? 可以加上文件系统和 TCP/IP协议栈
嵌入式操作系统 —uC/OS
2002/11 41
学习 uC/OS的步骤
? 学习与研究 uC/OS的起点：在 PC上执行
uC/OS,环境,TC编译环境，新建一个
工程
? 应用程序设计：消费者与生产者经典问
题。
? 源代码阅读
? 移植,DSP，单片机
