第九讲 嵌入式操作系统概述(6)

No. 17
用户任务代码的一般结构
void MyTask(void *pdata) { …… // 任务的初始化 for ( ; ; ) //超循环构成任务体
{ 可被中断的用户代码片断； OS_ENTER_CRITICAL();
//进入临界区（关中断）
不可被中断的用户代码片断； OS_EXIT_CRITICAL(); //退出临界区（开中断） 可被中断的用户代码片断； }
嵌入式系统概论
第九讲
嵌入式操作系统概述
刘 昊 东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心
Sep 2006
No. 1
目 嵌入式操作系统概念
录
嵌入式操作系统的基本原理（uC/OS-II）
任务和调度 中断和时钟管理 任务同步和通信 动态内存管理
Sep 2006
No. 2
计算机操作系统（Operating System，OS）
}
Sep 2006
No. 18
用户应用程序的一般结构
void MyTask1(void *pdata) { …… } void MyTask2(void *pdata) {上很像 C函数，但他不是函
数！

“任务” 不能被主函数 main( ) 或其他函数调用 …… OSInit( ); ，只能被主函数或已激活任务创建。 任务的运行由操作系统调度管理。

应用软件 操 作 系 统
高级语言的接口
用汇编语言编写 的 硬件抽象层 计算机硬件
人员得以在一个友好的平台上进 行应用程序的设计和开发，大大 地提高了应用程序的开发效率。
Sep 2006
No. 4
计算机操作系统的功能
任务管理
任务表
存储管理
存储 分配表
文件管理
文件 目录
处理器的管理
总之，需要许多的表和数据结构

Sep 2006
No. 10
嵌入式 RTOS uC/OS-II 简介 uC/OS由 Jean J. Labrosse 先生（加拿大）1992 编写的RTOS，1999年改写后命名为 uC/OS-II 。 2000年被美航空管理局认证。 uC/OS-II中的代码 90%用C语言编写，时有少 量的相关于硬件的代码用汇编编写，易移 植到各类体系结构的8位、16位、32位处 理器。 官方网站：
Sep 2006
//系统初始化部分
while (1)
{
} }
No. 21
任务的基本概念
系统任务

统计任务（OSTaskStat( )）使用说明： 空闲任务（OSTaskIdel( )）使用说明： 空闲任务（OSTaskIdel( )） 1、功能完成用户任务 CPU 使用率的统计，结果以百分 1、uC/OS-II规定用户程序中必须使用OSTaskIdel。 原型：void OSTaskIdel(void* pdata) 比的形式存放在变量 OSCPUsage 中。 2、该任务不能用软件删除。 2、该任务用户可选择使用。OS_CFG.H文件中的常数 统计任务（OSTaskStat( )） 3、该任务是uC/OS-II初始化时自动创建，其任务优先 OS_TASK_STAT_EN 设置为 1，使能该函数。 级固定为最低级，用户也可修改该任务的业务。 原型：void OSTaskStat(void* pdata) 3、用户在OS_CFG.H中使能该任务后，系统自动创建 4、目的 ---- 使 CPU 在没有用户任务可执行时也有事可 该任务，但在用户使用统计数据前必须调用系统 做。 函数 OSStatInit() 先进行初始化。 4、该任务固定拥有次末任务优先级。

OSTaskCreate(初始化 uC/OS-II 环境。 OSInit( ) ---- ) 函数原型：

INT8U OSTaskCreate( 创建任务系统函数。 OSTaskCreate( ) ---void (*task)(void *pd) , //指向任务的指针 OSStart( ) ---- 启动 uC/OS-II 任务调度器。 void *pdata , //传递给任务的参数 OS_ENTER_CRITICAL( ) ---- 进入临界区 （宏） OS_STK *ptos , //任务堆栈栈顶的指针 OS_EXIT_CRITICAL( ) ---- 退出临界区 （宏） INT8U prio //任务的优先级别
Sep 2006
No. 3
计算机操作系统的作用

它在计算机应用程序与计算机硬
从用户的角度来看，它就 件系统之间，屏蔽了计算机硬件 是一大堆函数（API 和系 工作的一些细节，并对系统中的 统函数），用户可以调用 资源进行有效的管理。 （普通调用或系统调用） 通过提供函数（应用程序接口（ 它们来对系统资源进行操 API）），从而使应用程序的设计 作。
什么是计算机操作系统
操作系统是一种为应用程序提 简而言之，OS 就是一个屏蔽层，屏 供服务的系统软件，是一个完整 计算机系统的有机组成部分。 蔽了计算机的具体硬件，向使用者提供

从层次来看，操作系统位于计 算机硬件之上，应用软件之下。 所以也把它叫做应用软件的运行 平台。

了一台虚拟的计算机开发、使用环境。
任务一旦响应中 。 断申请就会中止 运行而去执行中 断服务程序，这 时任务的状态叫 做中断服务状态
任务的状态及其转换
系统为任务配备 了任务控制块且 在任务就绪表中 进行了就绪登记 ，这时任务的状 态叫做就绪状态 。
Sep 2006
处于就绪状态的 任务如果经调度 器判断获得了 CPU的使用权， 则任务就进入运 行状态

Sep 2006
No. 9
多任务嵌入式操作系统的任务
多任务管理 ---- 丰富的多任务管理函数供目标系 统设计者容易完成多任务应用设计。 任务管理和调度 任务同步和通信 中断和时钟 内存管理 ---- 动态内存管理充分利用硬件资源。 外设管理 ---- 例如I2C、UART、Timer、SPI等设 备的驱动。
Sep 2006
Check form input
Do some work ……
Repeat
No. 6
嵌入式软件的发展－前后台系统
单线程程序第二种：前后台系统(Foreground/Background) ， (Super-Loops)。
应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部 分可以看成后台行为(background)。 中断服务程序处理外部I/O事件，这部分可以看成前台行为（foreground）。 时间相关性很强的关键操作(Critical operation) 靠中断服务来保证的。
多任务运行很像前后台系统 ，但后台任务有多个； CPU在许多任务之间转换； 需要对这些共享的设备和数 据进行管理 系统分成相对简单的相互合 作的模块
Sep 2006
No. 8
嵌入式操作系统的特点
必要性 ---- 嵌入式系统软硬件愈加庞大复杂。 微型化、可裁减 ---- 软、硬件小而精，够用即可。 实时性 ---- 抢占式管理策略，满足时间正确性。 可靠性 ---- 无人值守、自动化设备的使用要求。 易移植 ---- 便于应用到多种的硬件平台。 微内核 ---- 完成OS主要功能的代码很小（附加功 能需另挂）。
操作系统
网络和通信的 管理
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设备表
I/O设备管理
No. 5
嵌入式软件的发展－循环轮询系统 单线程程序Single-threaded program 也称为顺序程序Sequential program,它分为两种： 循环轮询系统:(Polling Loop)最简单的软件结构是循环轮询

ISR_Sta ---- Running状态的任务被中断后进 入的状态。
Sep 2006
No. 16
任务在没有被配备 任务控制块或被剥 夺了任务控制块时 的状态叫做任务的 睡眠状态
正在运行的任务，需要 等待一段时间或需要等 待一个事件发生再运行 时，该任务就会把CPU 的使用权让给别的任务 一个正在运行的 而使任务进入等待状态
Sep 2006


No. 23
任务堆栈
OSTaskCreate( MyTask1,… … ); OSTaskCreate( MyTask2,… … ); …… OSStart( ); …… ……

Sep 2006
No. 19
}
任务的基本概念
OSInit( ) 函数原型： void OSInit( void ) 在此学习uC/OS-II 的 3 个系统函数和 2个宏。 OSStar( ) 函数原型： void OSStart( void )
很多基于微处理器的产品采 用前后台系统设计，例如微波 炉、电话机、玩具等。极端情 况下，后台只是一个简单的循 环不做任何事情所有其它工作 都是由中断处理程序完成的
Sep 2006
No. 7
嵌入式软件的发展——多任务操作系统 问题的提出：对于一个复杂的嵌入式实时系统来说 当采用中断处理程序加后台主程序难以完成时 存在一些互不相关的过程需要在一个计算机中同时处理时,
Sep 2006
No. 22
任务的基本概念
任务的优先权和优先级别


uC/OS-II 的每个任务都必须有唯一的优先级。
uC/OS-II 最多可以管理64个优先级别分配给64个任务 。 uC/OS-II 中用一个8b的整型数来表示优先级别，数字越 小，优先级越高，prio = 0 的任务优先级最高。 uC/OS-II 中使用任务的优先级（prio）作为任务句柄。 用户通过修改 OS_CFG.H 中的宏定义常数 OS_LOWEST_PRIO 的值，约定本用户系统的最大优先 级数。