STM32之uCOS-II基礎(chǔ)、移植、創(chuàng)建任務(wù)

ID:763998 · 發(fā)表于 2020-6-26 19:26

5.1 uCOS-II操作系統(tǒng)

5.1.1 什么是操作系統(tǒng)

《1》管理軟件硬件的程序集合。

《2》軟硬件的溝通橋梁。

舉個(gè)栗子：當(dāng)你要播放音樂時(shí)，假設(shè)是電腦，裝的是Window操作系統(tǒng)，步驟如下：

打開酷狗音樂軟件
找需要播放的歌曲
點(diǎn)擊播放

這時(shí)，你就能聽到優(yōu)美動(dòng)聽的歌曲了。但底層操作是如何操作的呢？是誰操作呢？

是操作系統(tǒng)幫你完成了這一切工作。當(dāng)你點(diǎn)擊播放，操作系統(tǒng)工作流程如下：

當(dāng)你點(diǎn)擊播放按鈕，操作系統(tǒng)讀取你需要播放歌曲的源文件（mp3文件）
操作系統(tǒng)調(diào)用音樂解析驅(qū)動(dòng)，解析你的mp3文件，轉(zhuǎn)成播放器（喇叭）認(rèn)識(shí)的二進(jìn)制文件。
操作系統(tǒng)把解析好音樂的二進(jìn)制文件，發(fā)送給播放器（硬件設(shè)備），若此時(shí)音樂播放器，一切都準(zhǔn)備就緒了，就可以播放音樂了。

總結(jié)，對(duì)硬件的操作，由操作系統(tǒng)來完成，操作系統(tǒng)直接與硬件交互。用戶如果想控制底層硬件，必須經(jīng)過操作系統(tǒng)進(jìn)行間接控制，操作系統(tǒng)提供系統(tǒng)調(diào)用給用戶，用戶就可以與硬件交互了。系統(tǒng)調(diào)用是封裝了操作各部分硬件的API。

5.1.2 為什么要使用操作系統(tǒng)

《1》屏蔽硬件。使應(yīng)用程序不依賴硬件，提高了程序的可移植性。

《2》多任務(wù)。因?yàn)橄M(fèi)者想同時(shí)聊QQ、聊、看電視劇等。早期單核CPU想完成這些功能，就需要使用操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)之間高速的切換。

5.1.3 操作系統(tǒng)分類

《1》分時(shí)操作系統(tǒng)：以時(shí)間片為基本調(diào)度原則。給每個(gè)任務(wù)分配一段固定的CPU時(shí)間，時(shí)間到就切換下一個(gè)任務(wù)，時(shí)間不到不切換任務(wù)。如：Windows—95/98，Linux內(nèi)核2.6以前。

《2》實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：以優(yōu)先級(jí)為基本調(diào)度原則。不是給每個(gè)任務(wù)分配一段固定的CPU時(shí)間，而是根據(jù)優(yōu)先級(jí)分配CPU執(zhí)行時(shí)間，誰優(yōu)先級(jí)高，先執(zhí)行誰，分配的CPU時(shí)間就多，如uCOS-II。

《3》半實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：部分使用分時(shí)操作系統(tǒng)、部分使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。如Windows----7/8/10,Linux內(nèi)核2.6以后。

5.1.3 為何學(xué)uCOS-II

《1》代碼量少，容易上手。

《2》多任務(wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能

《3》提高內(nèi)外功（內(nèi)功：閱讀代碼能力外功：編程能力）

《4》為學(xué)習(xí)其他操作系統(tǒng)打下基礎(chǔ)

5.1.4 其他補(bǔ)充

學(xué)操作系統(tǒng)的難點(diǎn)

《1》邏輯理解、代碼運(yùn)行流程

《2》術(shù)語的理解、領(lǐng)悟

uCOS-II理解

u---微型

C---控制器

OS—操作系統(tǒng)

UCOS-II代碼來源

《1》官網(wǎng)

《2》示例代碼

5.2 UCOS操作系統(tǒng)

5.2.1 操作系統(tǒng)的調(diào)度原則

《1》分時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)度原則：

以時(shí)間片為基本調(diào)度原則，為每個(gè)任務(wù)分配固定的CPU執(zhí)行時(shí)間，時(shí)間到，切換下一個(gè)任務(wù)，時(shí)間不到，不切換任務(wù)。

《2》實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)度原則

以優(yōu)先級(jí)為基本調(diào)度原則，不是固定為每個(gè)任務(wù)分配CPU執(zhí)行時(shí)間，而是根據(jù)優(yōu)先級(jí)高低分配CPU時(shí)間，優(yōu)先級(jí)低的分配CPU執(zhí)行時(shí)間就短，優(yōu)先級(jí)高的分配的CPU時(shí)間就長(zhǎng)。

5.2.2 操作系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

《1》裸機(jī)代碼

整個(gè)工程只有一個(gè)main函數(shù)，在main函數(shù)執(zhí)行中只有一個(gè)真正意義上的死循環(huán)，其他死循環(huán)都是有退出條件或永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行了的死循環(huán)。

《2》操作系統(tǒng)代碼

整個(gè)工程只有一個(gè)main函數(shù)，在mian函數(shù)中，至少創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)死循環(huán)。操作系統(tǒng)要切換任務(wù)需要高優(yōu)先級(jí)任務(wù)釋放CPU使用權(quán)。

5.2.3操作系統(tǒng)的任務(wù)結(jié)構(gòu)

《1》任務(wù)的構(gòu)成：任務(wù)控制塊，任務(wù)函數(shù)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、任務(wù)棧。

《2》任務(wù)控制塊：任務(wù)先內(nèi)存空間申請(qǐng)的一塊內(nèi)存空間，用于執(zhí)行任務(wù)使用的，任務(wù)控制塊包含、任務(wù)函數(shù)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、任務(wù)棧。

《3》任務(wù)函數(shù)：任務(wù)的執(zhí)行入口，任務(wù)的具體功能在這里實(shí)現(xiàn)。

《4》任務(wù)優(yōu)先級(jí)：任務(wù)的能執(zhí)行的唯一標(biāo)識(shí)。用來規(guī)定任務(wù)的執(zhí)行先后順序。

《5》任務(wù)棧：保存任務(wù)在切換過程中的現(xiàn)場(chǎng)信息。任務(wù)在切換前，把當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的現(xiàn)在信息保存在棧中，該過程稱為壓棧，當(dāng)執(zhí)行完其他任務(wù)完后，又切換回來，讀取棧里面保存的現(xiàn)場(chǎng)信息，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，該過程稱為彈棧。

簡(jiǎn)單理解：在棧中進(jìn)入一個(gè)元素，稱為壓棧或入棧，出來一個(gè)元素稱為彈棧或出棧。

5.2.4 操作系統(tǒng)的任務(wù)切換

在哪些情況下，會(huì)進(jìn)行任務(wù)切換？

心跳節(jié)拍到達(dá)的時(shí)候會(huì)進(jìn)行切換。心跳節(jié)拍來源于系統(tǒng)滴答時(shí)間，所以用Tick表示心跳節(jié)拍。
調(diào)用任務(wù)調(diào)度函數(shù)。用操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行調(diào)用。

5.2.5 操作系統(tǒng)的任務(wù)中斷

與裸機(jī)編程中斷基本一致，但需要注意兩點(diǎn)

在操作系統(tǒng)的中斷服務(wù)函數(shù)的第一句代碼，調(diào)用一個(gè)函數(shù)，目的是告訴操作系統(tǒng)當(dāng)前進(jìn)入中斷功能。
在操作系統(tǒng)的中斷服務(wù)函數(shù)的最后一句代碼，調(diào)用一個(gè)函數(shù)，目的是告訴操作系統(tǒng)當(dāng)前退出了中斷功能。

裸機(jī)中斷與ucos中斷的深入理解

裸機(jī)中斷，中斷后會(huì)返回原點(diǎn)，原點(diǎn)就是主棧。從中斷棧切換回到主棧。
ucos中斷，中斷后不一定返回原點(diǎn)，因?yàn)榉祷厍坝腥蝿?wù)調(diào)度，如果中斷完后，有任務(wù)優(yōu)先級(jí)高過當(dāng)前任務(wù)，當(dāng)前任務(wù)就失去了CPU的使用權(quán)。

5.2.6 操作系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)

《1》停止/休眠態(tài)：任務(wù)創(chuàng)建之前和刪除之后的狀態(tài)。

《2》就緒態(tài)：任務(wù)具有了可執(zhí)行條件。

《3》運(yùn)行態(tài)：任務(wù)得到了CPU的使用權(quán)。

《4》等待/掛起態(tài)：任務(wù)被掛起或等待某件事情發(fā)生。

《5》中斷態(tài)：正在執(zhí)行的任務(wù)，被中斷了。

任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖：