《《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》大作業(yè)D計(jì)算機(jī)131謝正濤23 (1)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》大作業(yè)D計(jì)算機(jī)131謝正濤23 (1)（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》 課程大作業(yè) 專業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名 謝正濤 班級(jí) D計(jì)算機(jī)131 學(xué)號(hào) 1310704123 任課教師 孟 海 濤 完成日期 2016年1月14日 一、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本概念 2 二、μC/OS-II 2 三、μC/OS-II的中斷和時(shí)鐘 6 四、任務(wù)的同不通信 8 五、信號(hào)量級(jí) 8 六、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理 9 七、單片機(jī)上移植μC/OS-II 9 前言 有人說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展是計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)自桌面系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，IT產(chǎn)業(yè)和IT技術(shù)的又一個(gè)新的重大進(jìn)展。 事實(shí)的確如此。就現(xiàn)在的情況來(lái)看，在當(dāng)今人們的生產(chǎn)和生活中，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和影響無(wú)處不在。暫且不論火箭、地球衛(wèi)星、汽車(chē)生產(chǎn)線，也不論先進(jìn)的武器裝備系統(tǒng)，就是在日常生活中人們幾乎天天離不開(kāi)的移動(dòng)電話、空調(diào)器、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、電飯鍋、電熱水器先等裝置和設(shè)備中，都有嵌入式系統(tǒng)在暗暗地發(fā)揮著控制作用，從而使這些裝置和設(shè)備具有了較高的自動(dòng)化水瓶，甚至體現(xiàn)出了某種智能性。為人們提供了更為體貼、更為周到的服務(wù)?？梢云谕?，就在不遠(yuǎn)的將來(lái)，普通百姓還會(huì)用到地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、高級(jí)音響系統(tǒng)、智能可視電話、只能采暖設(shè)備、個(gè)人醫(yī)療保健設(shè)備、家用

3、機(jī)器人等更為人性化的裝置和設(shè)備，從而使人們的生活更加舒適，工作效率更高。然而，這一切都是無(wú)不依賴嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。 做為嵌入式系統(tǒng)這種比較特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其基本構(gòu)成仍然是硬件和軟件兩部分。 一、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本概念 操作系統(tǒng)（Operating System OS）是一種系統(tǒng)軟件。它在計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序之間，用過(guò)提供應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface, API）,屏蔽了計(jì)算機(jī)硬件工作的一些細(xì)節(jié)，從而使應(yīng)用程序瘋?cè)嗽O(shè)計(jì)人員得以在一個(gè)友好的平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，大大提高了應(yīng)用程序的卡發(fā)效率。 嵌入式系統(tǒng)作

4、為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)然也需要一個(gè)合適的操作系統(tǒng)的支持，這種應(yīng)用與嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)就叫做嵌入式操作系統(tǒng)。 二、μC/OS-II μC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要工作是對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理和調(diào) 度。弄清楚什么是任務(wù)、任務(wù)的結(jié)構(gòu)和μC/OS-II對(duì)任務(wù)的管理方法，對(duì)理解μC/OS-II的體系結(jié)構(gòu)無(wú)疑是極其重要的。 任務(wù)的基本概念：1、任務(wù)及其內(nèi)存結(jié)構(gòu) 2、任務(wù)的狀態(tài) 3、用戶任務(wù)代碼的一般結(jié)構(gòu) （1）用戶任務(wù)代碼的一般結(jié)構(gòu)

5、 （2）用戶應(yīng)用程序的一般結(jié)構(gòu) 4、任務(wù)系統(tǒng) （1）空閑任務(wù) （2）統(tǒng)計(jì)任務(wù) 5、任務(wù)的優(yōu)先權(quán)及優(yōu)先級(jí)別 任務(wù)堆棧：1、任務(wù)堆棧的創(chuàng)建 2、任務(wù)堆棧的初始化 任務(wù)控制塊及其鏈表：1、任務(wù)控制塊結(jié)構(gòu) 2、任務(wù)控制塊鏈表 3、任務(wù)控制塊的初始化 任務(wù)就緒表及任務(wù)調(diào)度： 1、任務(wù)就緒表結(jié)構(gòu)

6、 2、對(duì)任務(wù)就緒表的操作 （1）登記 （2）注銷 （3）最高優(yōu)先權(quán)就緒任務(wù)的查找 3、任務(wù)調(diào)度 （1）調(diào)度器的主要工作 （2）獲得待運(yùn)行就緒任務(wù)控快的 指針 （3）任務(wù)切換宏OS_TASK_SW（） 任務(wù)的創(chuàng)建： 從前面的內(nèi)容可知，μC/OS-II是通過(guò)任務(wù)控制快來(lái)管理任務(wù)的。因此，創(chuàng)建任務(wù)

7、的工作實(shí)質(zhì)上是創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)控制塊，并通過(guò)任務(wù)控制塊把任務(wù)代碼和任務(wù)堆棧關(guān)聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)完整的任務(wù)。當(dāng)然，還要使剛創(chuàng)建的任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，并接著引發(fā)一次任務(wù)調(diào)度。 μC/OS-II有兩個(gè)用來(lái)創(chuàng)建任務(wù)的函數(shù)：OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()。其中OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的擴(kuò)展，并提供一些附加功能。用戶可根據(jù)需要使用這兩個(gè)函數(shù)之一來(lái)完成任務(wù)的創(chuàng)建工作。 1、用函數(shù)OSTaskCreate（）創(chuàng)建任務(wù) TNT8U OSTaskCreate( void

8、(*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT8U prio) { # if OS_CRITICAL_METHOD==3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif Void *psp; INT8U err; if(prio>OS_LOWEST_PRIO)

9、 { return (OS_PRIO_INVALID);} OS_ENTER_CRITICAL(); if(OSTCBPrioTbl[prio]==(OS_TCB*)0) { OSTCBProiTbl[prio]==(OS_TCB*)1; OS_EXIT_CRITICAL(); psp= (void*)OSTaskStkInit( task, pdata,

10、 ptos, 0); Err =OSTCBInit( prio, Psp, (void*)0,0,0, (void*)0,0); If(err==OS_NO_ERR) { OS_ENTER_CRITICAL(); OSTaskCtr++; OS_EXIT_CRITICAL(); If(OSRunning) { ISSched

11、(); } } Else { OS_ETER_CRITICAL(); OSTCBPrioTbl[prio]=(OS_TCB)0; OS_EXIT_CRITICAL(); } Return (err); } Else { OS_EXUT_CRITICAL(); Return(OS_PRIO_EXIST); }} 2、用函數(shù)OSTaskCreateExt()創(chuàng)建任務(wù) INT8U OSTaskCreateExt( Void (*task)(void *pd), Vo

12、id *pdata, OS_STK *ptos, INT8U prio, INT16U id, OS_STK *pbos, INT32U stk_size, Void *pext, INT16U opt); 任務(wù)的掛起和恢復(fù)： 所謂的掛起一個(gè)任務(wù)，就是停止這個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。 在μC/OS-II中，用戶任務(wù)

13、可以通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)提供OSTaskSuspend()函數(shù)來(lái)掛起自身或者除空閑任務(wù)之外的其他任務(wù)。用函數(shù)OSTaskSuspend()掛起任務(wù)，只能在其他任務(wù)中通過(guò)調(diào)用恢復(fù)函數(shù)。 其他任務(wù)管理函數(shù)： 1、任務(wù)優(yōu)先級(jí)別的修改 每個(gè)任務(wù)都必須有個(gè)優(yōu)先級(jí)別，但這個(gè)優(yōu)先級(jí)別并不誰(shuí)一成不變的。在程序的運(yùn)行過(guò)程中，任務(wù)可根據(jù)需要通過(guò)調(diào)用函數(shù)OSTaskChangePrio()來(lái)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)別。 2、 任務(wù)的刪除 所謂刪除一個(gè)任務(wù)，就是把該任務(wù)至于睡眠狀態(tài)。具體做法是，把刪除任務(wù)的任務(wù)控制快從任務(wù)控制塊鏈表中刪除，并歸還給空人呢?zé)o控制塊鏈表，然后在人呢?zé)o就緒表中把該任務(wù)的就緒狀

14、態(tài)設(shè)置成0，于是該人呢?zé)o就不能再被調(diào)用器調(diào)用了。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，就是把他的身份證吊銷了。 如果一個(gè)任務(wù)調(diào)用了這個(gè)函數(shù)是為了刪除自己，則應(yīng)該調(diào)用函數(shù)時(shí)將函數(shù)的prio參數(shù)改成OS_PRIO_SELF 。 有時(shí)，任務(wù)會(huì)占用一些動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存或者信號(hào)之內(nèi)的資源。這個(gè)時(shí)候，如果有其他任務(wù)把這個(gè)任務(wù)刪除了哪么被刪除任務(wù)所占用的一些資源就會(huì)因?yàn)闆](méi)有被釋放而丟失，這是任何系統(tǒng)都無(wú)法接受的，因此，在刪除一個(gè)占用資源的任務(wù)時(shí)，一定要謹(jǐn)慎。 μC/OS-II的初始化和任務(wù)的啟動(dòng)： 在使用μC/OS-II的所有服務(wù)之前，必須調(diào)用μC/OS-II的初始化函數(shù)OSInit（），對(duì)μC/OS-II自身的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初

15、始化。 函數(shù)OSInit（）將對(duì)μC/OS-II的所有全局變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化，同時(shí)創(chuàng)建空間空閑任務(wù)OSTaskIdle，并賦之以最低的優(yōu)先級(jí)別和永遠(yuǎn)的就緒狀態(tài)。如果用戶應(yīng)用程序還要使用統(tǒng)計(jì)任務(wù)，則OSInit（）還要以優(yōu)先級(jí)別為OS_LOWEST_PRIO-1來(lái)創(chuàng)建統(tǒng)計(jì)任務(wù)。 三、μC/OS-II的中斷和時(shí)鐘 中斷是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出來(lái)異步事件的重要機(jī)制。當(dāng)異步事件發(fā)生時(shí)，事件通常通過(guò)硬件向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。在一般情況下，CPU相應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求后會(huì)立即運(yùn)行中斷服務(wù)程序來(lái)出來(lái)這個(gè)事件。 為了處理人呢?zé)o延時(shí)、任務(wù)調(diào)度一些與時(shí)間有關(guān)的事件，任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都應(yīng)該有一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。與其他計(jì)算機(jī)系

16、統(tǒng)一樣，μC/OS-II的時(shí)鐘是同過(guò)迎來(lái)關(guān)鍵定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 任務(wù)在運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)內(nèi)部或外部異步事件的請(qǐng)求終止當(dāng)前任務(wù)，而去處理異步事件所要求的熱舞的過(guò)程叫做中斷。應(yīng)中斷請(qǐng)求而運(yùn)行的程序叫做中低端服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序的入口地址叫做中斷向量。 μC/OS-II系統(tǒng)相應(yīng)中斷的過(guò)程是：系統(tǒng)接受到中斷請(qǐng)求，如果這時(shí)CPU處于中斷允許狀態(tài)，系統(tǒng)就會(huì)終止在運(yùn)行的當(dāng)前任務(wù)，而按照中斷向量的指向轉(zhuǎn)而去運(yùn)行中部高端服務(wù)子程序；當(dāng)中斷服務(wù)子程序的運(yùn)行結(jié)束后，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)情況返回到被終止的任務(wù)繼續(xù)運(yùn)行，或者轉(zhuǎn)向運(yùn)行另一個(gè)具有更高優(yōu)先級(jí)別的就緒任務(wù)。 中斷級(jí)任務(wù)切換函數(shù)：μC/OS-II在運(yùn)

17、行完中斷服務(wù)程序后，并不一定返回到中斷的任務(wù)，而是要通過(guò)一次任務(wù)調(diào)度來(lái)決定返回的去向，因此系統(tǒng)還需要一個(gè)中斷級(jí)任務(wù)調(diào)度器。 應(yīng)用程序中的臨界點(diǎn)： 1. 臨界點(diǎn)的基本概念 當(dāng)有異步事件發(fā)時(shí)會(huì)引發(fā)中斷請(qǐng)求，但CPU之有在中斷開(kāi)放期間才相應(yīng)中斷請(qǐng)求。也就是說(shuō)，所有的CPU都具有開(kāi)中斷和關(guān)中斷指令，以便使一些代碼段不受到中斷的干擾。在μC/OS-II中，那些不希望被中斷的代碼叫做臨界點(diǎn)。 2. μC/OS-II的時(shí)鐘 任何操作系統(tǒng)都要提供一個(gè)周期性的信號(hào)源，以提供系統(tǒng)處理諸如延時(shí)、超時(shí)等與時(shí)間有關(guān)的事件，這個(gè)周期性的信號(hào)源叫做時(shí)鐘 μC/OS-II與大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，用硬件

18、定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)周期為毫秒級(jí)的周期性中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘。最小的時(shí)鐘單位就是兩次中斷中間相隔的時(shí)間，這個(gè)最小時(shí)鐘單位叫做時(shí)鐘節(jié)拍。 3. 時(shí)間管理 任務(wù)的延時(shí)：由于嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，，并且μC/OS-II還是一個(gè)搶占式內(nèi)核，所以為了使高優(yōu)先級(jí)別的任務(wù)不至于獨(dú)占CPU，可以給其他任務(wù)優(yōu)先級(jí)別較低的任務(wù)獲得CPU使用機(jī)會(huì)， μC/OS-II規(guī)定：出了空閑任務(wù)之外所有任務(wù)必須在任務(wù)中合適的位置調(diào)用系統(tǒng)提供的函數(shù)OSTinmeDly（），使當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行延時(shí)一段時(shí)間并進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度，以讓出CPU的使用權(quán)。 取消任務(wù)延時(shí)：延時(shí)的任務(wù)可以通過(guò)在其他任務(wù)中調(diào)用函數(shù)OSTimeDl

19、yResume（）取消延時(shí)而進(jìn)入就緒狀態(tài)。如果新任務(wù)比正在運(yùn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)別高，則立即引發(fā)一次任務(wù)調(diào)度。 四、任務(wù)的同不通信 應(yīng)用程序中的各個(gè)任務(wù)，必須通過(guò)彼此之間的有效合作，才能完成一項(xiàng)大規(guī)模的工作，因?yàn)檫@些任務(wù)在運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常需要相會(huì)無(wú)沖突的訪問(wèn)同一個(gè)共享資源，或者需要相互支持和依賴，甚至有時(shí)還要先后與加以必要的制約，才能保證任務(wù)的順利進(jìn)行。因此，操作系統(tǒng)必須具有對(duì)任何任務(wù)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)協(xié)的能力，從而保證任務(wù)之間的無(wú)沖突、流暢的同不運(yùn)行，而不致導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。 任務(wù)間的同步：為了現(xiàn)實(shí)各個(gè)任務(wù)之間的合作和無(wú)沖突的運(yùn)行，在各個(gè)任務(wù)之間必須建立一些制約關(guān)系，其中一種制約關(guān)系叫做直接制約關(guān)

20、系，另一種制約關(guān)系叫做間接制約關(guān)系。 直接關(guān)系制約關(guān)系源于任務(wù)之間的合作。間接制約關(guān)系源于對(duì)資源的共享。 事件：μC/OS-II使用信號(hào)量、郵箱和消息隊(duì)列這些中間環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的同行。為了方便起見(jiàn)，這些中間環(huán)節(jié)都統(tǒng)一稱為事件。 五、信號(hào)量級(jí) 在一個(gè)程序中一個(gè)任務(wù)的操作能否實(shí)施，嘗嘗需要由多個(gè)信號(hào)量的邏輯運(yùn)算結(jié)果作為前提條件。為了處理此類問(wèn)題，μC/OS-II提供了可以處理多個(gè)信號(hào)的量集。 信號(hào)量集的結(jié)構(gòu)：從總體上看μC/OS-II把信號(hào)量集分成了兩部分：標(biāo)志組和等待任務(wù)鏈表。標(biāo)志組存放了信號(hào)集的所有信號(hào)，而等待任務(wù)鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)叫做OS_FLAG_NODE的結(jié)

21、構(gòu)。OS_FLAG_NODE結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是等待任務(wù)控制塊。也就是說(shuō)，μC/OS-II信號(hào)量集由一個(gè)標(biāo)志組和多個(gè)等待任務(wù)控制塊組成。 六、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理 應(yīng)用程序在運(yùn)行中為了某種特殊需要，經(jīng)常需要臨時(shí)獲得一些內(nèi)存空間，因此作為一個(gè)比較完善的操作系統(tǒng)，必須具有動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的能力。能否合理、有效的對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行分配和管理，是衡量一個(gè)操作系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)之一。特別是對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還應(yīng)該保證系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，他的執(zhí)行時(shí)間必須是可確定的。μC/OS-II改進(jìn)了ANSI C用來(lái)動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存的函數(shù)malloc（）和free（），使他們尅對(duì)大小固定的內(nèi)存快進(jìn)行操作，從而使函數(shù)malloc（

22、）和free（）的執(zhí)行時(shí)間成為可確定的，滿足了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的要求。 內(nèi)存控制快：μC/OS-II對(duì)內(nèi)存進(jìn)行兩級(jí)管理，即把一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間分為若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)又分為若干個(gè)大小相等的內(nèi)存快。操作系統(tǒng)以區(qū)分為單位來(lái)管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存，而任務(wù)以內(nèi)存快為單位來(lái)獲得和釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存。內(nèi)存分區(qū)及內(nèi)存快的使用情況則由un誒村控制塊來(lái)記錄。 1.內(nèi)存快 μC/OS-II以內(nèi)存快為單位向應(yīng)用程序提供動(dòng)態(tài)內(nèi)存。內(nèi)出快大小可由用戶訂制。 2.內(nèi)存分區(qū) 大小相等的多個(gè)內(nèi)存快可以組成一個(gè)內(nèi)存分區(qū)。內(nèi)存分區(qū)是系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存進(jìn)行管理的基本單位。 3.內(nèi)存分區(qū)與內(nèi)存快的定義 在內(nèi)存定義一個(gè)內(nèi)存分區(qū)及其內(nèi)容快

23、的方法非常簡(jiǎn)單，只要頂一個(gè)二維數(shù)組即可。 七、單片機(jī)上移植μC/OS-II 操作系統(tǒng)是一種與硬件相關(guān)的軟件，根據(jù)某一種處理器來(lái)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)通常不能在其他種類的處理器上運(yùn)行，如果要在其他處理器上運(yùn)行該操作系統(tǒng)，則必須要對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行移植。一個(gè)軟甲的移植工作總是與用戶所選擇的處理器硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)的，因此把一個(gè)軟件往不同的處理器上移植的方法也不進(jìn)相同，所以這里介紹一些共同特點(diǎn)。 1.可重入函數(shù)的概念 2.時(shí)鐘節(jié)拍的產(chǎn)生 3.任務(wù)堆棧的設(shè)計(jì) 4.文件OS_CPU.H的修改 5.任務(wù)堆棧的設(shè)計(jì) 6.文件OS_CPU_C.C的修改