王军的日志

对ucos-ii内核结构的心得

热4已有 1145 次阅读 2010-04-25 17:44 标签: 内核心得结构

ucos-ii是一个多任务的操作系统，其最大优点即为实时性。任务通常是一个无限的循环，其中包括了用户代码，而实时性即指最快的响应优先级最高的任务。

确实，对于一个初步接触ucos-ii的新手来讲，想要完全理解是要花时间的。

我们想用ucos-ii，在移植成功后（以后在写移植方面吧），我们首先就得进行初始化，ucos是用函数OSInit()来完成的。

调用OSInit()的目的是建立一些数据结构，比如初始化OS_MAX_TASK数目的OSTCBFreelist,以及用户定义的各项OSEeventFreelist，OSQFreelist，OSFlagFreelist，OSMemFreelist（将OS_MAX_???设置为实际需求数目可减小内核RAM量，以后在写篇移植方面的文章详谈吧）。以OSTCBFreelist 为例，这可看作一条缓存链表。一开始，列表中指针全部指向NULL，当任务建立时，就从OSTCBFreelist 上取出一块赋予给任务控制块。

显然，这样做的好处在于：缓冲池更快的将事先已初始化的内存空间有序的赋予给任务。这样，我们用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt() 建立任务时，这两个函数会调用底层的OS_TCBInit()，就从OSTCBFreelist中分配了一个任务控制块OS_TCB。

初始化ucos-ii后，我们就该建立任务了。在启动OSStart()之前，一定要建立一个应用任务。假设我们已建立了若干个任务，就可以启动OSStart()了。

OSStart()的作用就是找一个优先级最高的任务的TCB，然后运行。这就有了两个疑惑:

1. 怎样找到优先级最高的任务；

2. 任务控制块TCB有些什么东西。

我们先来解决第一个问题吧。

首先，任务一被建立，它们就会被赋予相应的堆栈，相应的优先级prio等。然后就进入就绪态等待运行。内核根据优先级作了一个就续表。内核只需找出进入就绪表中优先级最高的任务进行运行即可。

非常奇妙的事就是作者构思了一套机理，一方面可由任务优先级推知其在就绪表中的位置，另一方面可由就绪表中的置位推知表中的最高优先级任务。

其原理是这样的：

作者创建了一个8位变量OSRdyGrp 和一个8位变量数组OSRdyTbl[8]; 那么要使一个优先级为prio的任务进入就续表就需要在相应位置置1.

OSRdyGrp |= OSMapTbl[prio >> 3];

OSRdyTbl[prio >> 3] |= OSMapTbl[prio & 0x07];

当然，一开始很难让人接受，我们先来讲讲prio。由于prio最高为63,所以其8位Bit中高两位一定为0. 这样的话，prio>>3就为00000YYY，而Y就代表了就绪表中的行数。不过这需要一层转换，即通过OSMapTbl[].（读者可将其看作调制器理解）。

OSMapTbl[0]=00000001

OSMapTbl[1]=00000010

OSMapTbl[2]=00000100

………….

OSMapTbl[7]=10000000

Y即00YYY000，将通过OSMapTbl[]置位OSRdyGrp；同样，prio & 0x07代表了X(00000XXX)，将同样置位OSRdyTbl[prio>>3]了。

(读者可能已经看出了，切记这里的置一是置8位Bit中的1位Bit.)

我来举个例子吧，如将prio为8的任务在就绪表中置位。

8 转换成二进制为 00(001)(000) ，则Y = prio>>3=1,那么可查OSMapTbl[]表得出OSMapTbl[prio>>3] = 00000010；所以它通过OSRdyGrp |= OSMapTbl[prio>>3];在OSRdyGrp (_ _ _ _ _ _ A _) 的A位置1，即相当于通知就绪表，在就续表的第二行会有任务就绪；

那么 X= prio & 0x07 = 0，则OSMapTbl[prio & 0x07] = 00000001；所以它通过OSRdyTbl[prio >> 3] |= OSMapTbl[prio & 0x07];在OSRdyTbl[1](_ _ _ _ _ _ _ B)中的B位置1。

那么又怎样从就绪表中找出最高优先级的任务呢？

理解了上面所述的置位，那么这个问题也就大致相同了：我们通过借助OSMapTbl[]来编码使其进入就绪态，这儿又将借助OSunMapTbl[]（读者可看作解调器）来解码，使系统找出优先级最高的任务。

找出所有就绪表中优先级最高的任务：

Y = OSUnMapTbl[ OSRdyGrp ];

X = OSUnMapTbl[ OSRdyTbl[Y] ];

那么prio =Y *8 + X

OSUnMapTbl[]表如下：

INT8U const OSUnMapTbl[256] = {

0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x00 to 0x0F */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x10 to 0x1F */

5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x20 to 0x2F */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x30 to 0x3F */

6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x40 to 0x4F */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x50 to 0x5F */

5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x60 to 0x6F */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x70 to 0x7F */

7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x80 to 0x8F */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0x90 to 0x9F */

5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0xA0 to 0xAF */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0xB0 to 0xBF */

6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0xC0 to 0xCF */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0xD0 to 0xDF */

5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, /* 0xE0 to 0xEF */

4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0 /* 0xF0 to 0xFF */

};

在举一个例子来理解吧。比如同时有 6 7 8 9 四个任务就绪。

那么OSRdyGrp = 00000011; 找出最高优先级任务所在行，Y = OSUnMapTbl[ OSRdyGrp ]; 查表会得到0，即Y=0，这里表明优先级最高的任务在就绪表中的第一行。然后再找出其在第一行的位置OSRdyTbl[Y] = OSRdyTbl[0] =11000000;

通过查表可得 X = OSUnMapTbl[ OSRdyTbl[0] = 6

则[prio = Y *8 + X = 6 即就续表中优先级最高的任务为优先级为6的任务。

想想一般的从头到尾的查找，再想想这种方法，真的很值得欣赏。

再回头看看第二个问题吧，来讲讲OS_TCB.

可以这样理解：TCB就是任务的信息，以确保任务在切换时无误差地还原执行任务。TCB这个结构体其下有指向当前任务堆栈栈顶的指针OSTCBStkptr，双向链表指针OSTCBNext和OSTCBPrev，优先级OSTCBPrio等。那么系统找到最高优先级的任务后是怎样通过TCB进行任务切换的呢？

这里还应介绍两个指针，OSTCBCur和OSTCBHighRdy。我们通过任务优先级的值，查找任务控制块优先级表OSTCBPrioTbl[],得到指向相应任务控制块OS_TCB，用OSTCBHighRdy得到了即将执行任务的TCB，然后进行任务切换。

我们来看看系统是怎样保存当前CPU值以及重新装入任务。首先，我们来了解一下OS_TASK_SW()这个函数。这其实就是一个软中断或者陷阱中断，执行切换任务时，中断就将依次保存PSW和PC的当前值，通用寄存器的值，最后将被挂任务的堆栈指针保存在OS_TCB中，这时有OSTCBCur->OSTCBStkPtr指向了SP。当遇到要切换的任务时，将OSTCBCur指向了OSTCBHighRdy（即将执行的任务）,由于保存了CPU的值OSTCBCur->OSTCBStkPtr此时指向的就是该任务的SP了。这样，重新装入只需从反方向弹出寄存器值，然后通过中断返回指令把PC和PSW装回到CPU中，任务便重新运行了。