μC/OS-II

μC/OS-II 是一種基於優先權的搶占式多任務實時作業系統，包含了實時核心、任務管理、時間管理、任務間通信同步（信號量，信箱，訊息 佇列）和記憶體管理等功能。它可以使各個任務獨立工作，互不干涉，很容易實現準時而且無誤執行，使實時應用程式的設計和擴展變得容易，使應用程式的設計過程大為減化。

μC /OS-II是一個完整的、可移植、可固化、可裁剪的搶占式實時多任務核心。μC/OS-II絕大部分的代碼是用ANSII的C語言編寫的，包含一小部分彙編代碼，使之可供不同架構的微處理器使用。至今，從8位到64位，μC/OS-II已在超過40種不同架構上的微處理器上運行。μC/OS-II已經在世界範圍內得到廣泛套用，包括很多領域， 如手機、路由器、集線器、不間斷電源、飛行器、醫療設備及工業控制上。實際上，μC/OS-II已經通過了非常嚴格的測試，並且得到了美國航空管 理局（Federal Aviation Administration）的認證，可以用在飛行器上。這說明μC/OS-II是穩定可靠的，可用於與人性命攸關的安全緊要（safety critical）系統。除此以外，μC/OS-II 的鮮明特點就是源碼公開，便於移植和維護。

基本介紹

• 中文名：μC/OS-II
• 外文名：基於優先權的搶占式多任務
• 意思：基於優先權的搶占式多任務
• 分類：任務類訊息類同步類

核心結構

多任務系統中，核心負責管理各個任務，或者說為每個任務分配CPU 時間，並且負責任務之間的通訊。核心提供的基本服務是任務切換。μC/OS-II可以管理多達64個任務。由於它的作者占用和保留了8個任務，所以留給用戶應用程式最多可有56個任務。賦予各個任務的優先權必須是不相同的。這意味著μC/OS-II不支持時間片輪轉調度法（round-robin scheduli ng）。μC/OS-II為每個任務設定獨立的堆疊空間，可以快速實現任務切換 。μC/OS-II近似地每時每刻總是讓優先權最高的就緒任務處於運行狀態，為了保證這一點，它在調用系統API 函式、中斷結束、定時中斷結束時總是執行調度算法，μC/OS-II通過事先計算好數據簡化了運算量，通過精心設計就緒表結構使得延時可預知。

特點

1、原始碼：µC/OS-II全部以原始碼的方式提供給使用者（約5500行）。該源碼清晰易讀，結構協調，且註解詳盡，組織有序；

2、可移植（portable）： µC/OS-II的原始碼絕大部分是用移植性很強的ANSI C寫的，與微處理器硬體相關的部分是用彙編語言寫的。µC/OS-II可以移植到許許多多不同的微處理器上，條件是：該微處理器具有堆疊指針，具有CPU內部暫存器入棧、出棧指令，使用的C編譯器必須支持內嵌彙編，或者該C語言可擴展和可連結彙編模組，使得關中斷和開中斷能在C語言程式中實現；

3、可固化（ROMable）： µC/OS-II是為嵌入式套用而設計的，意味著只要具備合適的系列軟體工具（C編譯、彙編、連結以及下載/固化）就可以將µC/OS-II嵌入到產品中作為產品的一部分；

4、可裁減（scalable）： 可以只使用µC/OS-II中應用程式需要的系統服務。可裁減性是靠條件編譯實現的，只需要在用戶的應用程式中定義那些µC/OS-II中的功能應用程式需要的部分就可以了；

5、可搶占性（preemptive）： µC/OS-II是完全可搶占型的實時核心，即µC/OS-II總是運行就緒條件下優先權最高的任務；

6、多任務： µC/OS-II可以管理64個任務。賦予每個任務的優先權必須是不相同的，這就是說µC/OS-II不支持時間片輪轉調度法（該調度法適用於調度優先權平等的任務）；

7、可確定性： 絕大多數µC/OS-II的函式調用和服務的執行時間具有可確定性。也就是說用戶能知道µC/OS-II的函式調用與服務執行了多長時間。進而可以說，除了函式OSTimeTick（）和某些事件標誌服務，µC/OS-II系統服務的執行時間不依賴於用戶應用程式任務數目的多少；

8、任務棧： 每個任務都有自己單獨的棧。µC/OS-II允許每個任務有不同的棧空間，以便降低應用程式對RAM的需求；

9、系統服務： µC/OS-II提供許多系統服務，比如信號量、互斥信號量、事件標誌、訊息信箱、訊息佇列、時間管理等等；

10、中斷管理： 中斷可以使正在執行的任務暫時掛起。如果優先權更高的任務被該中斷喚醒，則高優先權的任務在中斷嵌套全部退出後立即執行，中斷嵌套層數可以達255層；

11、穩定性和可靠性： µC/OS-II的每一種功能、每一個函式以及每一行代碼都經過了考驗和測試，具有足夠的安全性與穩定性，能用於與人性命攸關、安全性條件極為苛刻的系統中。

μC/OS-II API 介紹

任何一個作業系統都會提供大量的API供程式設計師使用，μC/OS-II 也不例外。由於μC/OS-II 面向的是嵌入式開發，並不要求大而全，所以核心提供的API也就大多和多任務息息相關。主要有以下幾類：

1)任務類

2）訊息類

3）同步類

4）時間類

5）臨界區與事件類

對初級程式設計師而言，任務類和事件類是必須要首先掌握的兩種API。

實驗內容簡介

任務管理實驗

此實驗的目的是讓讀者理解嵌入式作業系統中任務管理的基本原理，了解任務的各個基本狀態及其變遷過程；掌握µC/OS-II中任務管理的基本方法（創建、啟動、掛起和解掛任務）；熟練使用µC/OS-II任務管理的基本系統調用。

優先權反轉實驗

通過此實驗讀者可以了解在基於搶占式嵌入式實時作業系統並有共享資源的套用中，出現優先權反轉現象的原理。優先權反轉發生在有多個任務共享資源的情況下，高優先權任務被低優先權任務阻塞，並等待低優先權任務執行的現象。

優先權繼承實驗

通過此實驗讀者可以了解嵌入式實時作業系統µC/OS-II解決優先權反轉的策略——優先權繼承的原理，以此解決低優先權任務在占用了共享資源的情況下，被高優先權任務搶占了CPU使用權而導致的優先權反轉的問題。

哲學家就餐實驗

通過經典的哲學家就餐套用，讀者可以了解如何利用嵌入式實時作業系統µC/OS-II的信號量機制來對共享資源進行互斥訪問。

記憶體管理實驗

通過此實驗讀者可以了解嵌入式實時作業系統µC/OS-II中的記憶體管理的原理，包括對記憶體的分配和回收。

時鐘中斷實驗

通過此實驗讀者可以了解嵌入式實時作業系統µC/OS-II中，時鐘中斷的使用情況。

訊息佇列實驗

通過此實驗讀者可以了解嵌入式實時作業系統µC/OS-II中的訊息佇列機制。讀者可以了解一個套用中的任務是如何進行通信的，如何能使它們相互協調工作。

μC/OS-Ⅱ中的任務描述

一個任務通常是一個無限的循環，由於任務的執行是作業系統核心調度的，因此務是絕不會返回的，其返回參數必須定義成void。在μC/OS-Ⅱ中，當一個運行著的任務使一個比它優先權高的任務進入了就緒態，當前任務的CPU使用權就會被搶占，高優先權任務會立刻得到CPU的控制權（在系統允許調度和任務切換的前提下）。μC/OS-Ⅱ可以管理多達64個任務，但目前版本的μC/OS-Ⅱ有兩個任務已經被系統占用了（即空閒任務和統計任務）。必須給每個任務賦以不同的優先權，任務的優先權號就是任務編號（ID），優先權可以從0到OS_LOWEST_PR10-2。優先權號越低，任務的優先權越高。μC/OS-Ⅱ總是運行進入就緒態的優先權最高的任務。

配置手冊

本章將介紹μC/OS-II中的初始化配置項。由於μC/OS-II向用戶提供原始碼，初始化配置項由一系列#define constant語句構成，都在檔案OS_CFG.H中。用戶的工程檔案組中都應該包含這個檔案。
本節介紹每個用#define constant定義的常量，介紹的順序和它們在OS_CFG.H中出現的順序是相同的。表12.1列出了常量控制的μC/OS-II函式。“類型”為函式所屬的類型，“置1”表示當定義常量為1時可以打開相應的函式，“其他常量”為與這個函式有關的其他控制常量。
注意編譯工程檔案時要包含OS_CFG.H，使定義的常量生效。

雜相

OSInit()無OS_MAX_EVENTS
OS_Q_EN and OS_MAX_QS
OS_MEM_EN
OS_TASK_IDLE_STK_SIZE
OS_TASK_STAT_EN
OS_TASK_STAT_STK_SIZE
OSSchedLock()無無
OSSchedUnlock()無無
OSStart()無無
OSStatInit()OS_TASK_STAT_EN &&
OS_TASK_CREATE_EXT_ENOS_TICKS_PER_SEC
OSVersion()無無

中斷處理

OSIntEnter()無無
OSIntExit()無無

訊息信箱

OSMboxAccept()OS_MBOX_EN無
OSMboxCreate()OS_MBOX_ENOS_MAX_EVENTS
OSMboxPend()OS_MBOX_EN無
OSMboxPost()OS_MBOX_EN無
OSMboxQuery()OS_MBOX_EN無

記憶體塊管理

OSMemCreate()OS_MEM_ENOS_MAX_MEM_PART
OSMemGet()OS_MEM_EN無
OSMemPut()OS_MEM_EN無
OSMemQuery()OS_MEM_EN無

訊息佇列

OSQAccept()OS_Q_EN無
OSQCreate()OS_Q_ENOS_MAX_EVENTS
OS_MAX_QS
OSQFlush()OS_Q_EN無
OSQPend()OS_Q_EN無
OSQPost()OS_Q_EN無
OSQPostFront()OS_Q_EN無
OSQQuery()OS_Q_EN無

信號量管理

OSSemAccept()OS_SEM_EN無
OSSemCreate()OS_SEM_ENOS_MAX_EVENTS
OSSemPend()OS_SEM_EN無
OSSemPost()OS_SEM_EN無
OSSemQuery()OS_SEM_EN無

任務管理

OSTaskChangePrio()OS_TASK_CHANGE_PRIO_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskCreate()OS_TASK_CREATE_ENOS_MAX_TASKS
OS_LOWEST_PRIO
OSTaskCreateExt()OS_TASK_CREATE_EXT_ENOS_MAX_TASKS
OS_STK_GROWTH
OS_LOWEST_PRIO
OSTaskDel()OS_TASK_DEL_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskDelReq()OS_TASK_DEL_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskResume()OS_TASK_SUSPEND_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskStkChk()OS_TASK_CREATE_EXT_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskSuspend()OS_TASK_SUSPEND_ENOS_LOWEST_PRIO
OSTaskQuery()OS_LOWEST_PRIO

時鐘管理

OSTimeDly()無無
OSTimeDlyHMSM()無OS_TICKS_PER_SEC
OSTimeDlyResume()無OS_LOWEST_PRIO
OSTimeGet()無無
OSTimeSet()無無
OSTimeTick()無無

用戶定義函式

OSTaskCreateHook()OS_CPU_HOOKS_EN無
OSTaskDelHook()OS_CPU_HOOKS_EN無
OSTaskStatHook()OS_CPU_HOOKS_EN無
OSTaskSwHook()OS_CPU_HOOKS_EN無
OSTimeTickHook()OS_CPU_HOOKS_EN無

OS_MAX_EVENTS

OS_MAX_EVENTS定義系統中最大的事件控制塊的數量。系統中的每一個訊息信箱，訊息佇列，信號量都需要一個事件控制塊。例如，系統中有10個訊息信箱，5個訊息佇列，3個信號量，則OS_MAX_EVENTS最小應該為18。只要程式中用到了訊息信箱，訊息佇列或是信號量，則OS_MAX_EVENTS最小應該設定為2。

OS_MAX_MEM_PARTS

OS_MAX_MEM_PARTS定義系統中最大的記憶體塊數，記憶體塊將由記憶體管理函式操作（定義在檔案OS_MEM.C中）。如果要使用記憶體塊，OS_MAX_MEM_PARTS最小應該設定為2，常量OS_MEM_EN也要同時置1。

OS_MAX_QS

OS_MAX_QS定義系統中最大的訊息佇列數。要使用訊息佇列，常量OS_Q_EN也要同時置1。如果要使用訊息佇列，OS_MAX_ QS最小應該設定為2。

OS_MAX_TASKS

OS_MAX_MEM_TASKS定義用戶程式中最大的任務數。OS_MAX_MEM_TASKS不能大於62，這是由於μC/OS-II保留了兩個系統使用的任務。如果設定OS_MAX_MEM_TASKS剛好等於所需任務數，則建立新任務時要注意檢查是否超過限定。而OS_MAX_MEM_TASKS設定的太大則會浪費記憶體。
OS_LOWEST_PRIO

OS_LOWEST_PRIO設定系統中的任務最低優先權（最大優先權數）。設定OS_LOWEST_PRIO可以節省用於任務控制塊的記憶體。μC/OS-II中優先權數從0（最高優先權）到63（最低優先權）。設定OS_LOWEST_PRIO小於63意味著不會建立優先權數大於OS_LOWEST_PRIO的任務。μC/OS-II中保留兩個優先權系統自用：OS_LOWEST_PRIO和OS_LOWEST_PRIO-1。其中OS_LOWEST_PRIO留給系統的空閒任務（Idle task）(OSTaskIdle（）)。OS_LOWEST_PRIO-1留給統計任務（OSTaskStat（））。用戶任務的優先權可以從0到OS_LOWEST_PRIO-2。OS_LOWEST_PRIO和OS_MAX_TASKS之間沒有什麼關係。例如，可以設OS_MAX_TASKS為10而OS_LOWEST_PRIO為32。此時系統最多可有10個任務，用戶任務的優先權可以是0到30。當然，OS_LOWEST_PRIO設定的優先權也要夠用，例如設OS_MAX_TASKS為20，而OS_LOWEST_PRIO為10，優先權就不夠用了。

OS_TASK_IDLE_STK_SIZE

OS_TASK_IDLE_STK_SIZE設定μC/OS-II中空閒任務（Idle task）堆疊的容量。注意堆疊容量的單位不是位元組，而是OS_STK（μC/OS-II中堆疊統一用OS_STK聲明，會根據不同的硬體環境，OS_STK可為不同的長度----譯者注）。空閒任務堆疊的容量取決於所使用的處理器，以及預期的最大中斷嵌套數。雖然空閒任務幾乎不做什麼工作，但還是要預留足夠的堆疊空間保存CPU暫存器的內容，以及可能出現的中斷嵌套情況。

OS_TASK_STAT_EN

OS_TASK_STAT_EN設定系統是否使用μC/OS-II中的統計任務（statistic task）及其初始化函式。如果設為1，則使用統計任務OSTaskStat（）。統計任務每秒運行一次，計算當前系統CPU使用率，結果保存在8位變數OSCPUUsage中。每次運行，OSTaskStat（）都將調用OSTaskStatHook（）函式，用戶自定義的統計功能可以放在這個函式中。詳細情況請參考OS_CORE.C檔案。統計任務OSTaskStat（）的優先權總是設為OS_LOWEST_PRIO-1。
當OS_TASK_STAT_EN設為0的時候，全局變數OSCPUUsage，OSIdleCtrMax，OSIdleCtrRun和OSStatRdy都不聲明，以節省記憶體空間。

OS_TASK_STAT_STK_SIZE

OS_TASK_STAT_STK_SIZE設定μC/OS-II中統計任務（statistic task）堆疊的容量。統計任務堆疊的容量取決於所使用的處理器類型，以及如下的操作：
進行32位算術運算所需的堆疊空間。
調用OSTimeDly（）所需的堆疊空間。
調用OSTaskStatHook（）所需的堆疊空間。
預計最大的中斷嵌套數。
如果想在統計任務中進行堆疊檢查，判斷實際的堆疊使用，用戶需要設OS_TASK_CREATE_EXT_EN為1，並使用OSTaskCreateExt（）函式建立任務。

OS_CPU_HOOKS_EN

此常量設定是否在檔案OS_CPU_C.C中聲明對外接口函式（hook function），設為1為聲明。μC/OS-II中提供了5個對外接口函式，可以在檔案OS_CPU_C.C中聲明，也可以在用戶自己的代碼中聲明：
OSTaskCreateHook（）
OSTaskDelHook（）
OSTaskStatHook（）
OSTaskSwHook（）
OSTimeTickHook（）

OS_MBOX_EN

OS_MBOX_EN控制是否使用μC/OS-II中的訊息信箱函式及其相關數據結構，設為1為使用。如果不使用，則關閉此常量節省記憶體。

OS_MEM_EN

OS_MEM_EN控制是否使用μC/OS-II中的記憶體塊管理函式及其相關數據結構，設為1為使用。如果不使用，則關閉此常量節省記憶體。

OS_Q_EN

OS_Q_EN控制是否使用μC/OS-II中的訊息佇列函式及其相關數據結構，設為1為使用。如果不使用，則關閉此常量節省記憶體。如果OS_Q_EN設為0，則語句#define constant OS_MAX_QS無效。

OS_SEM_EN

OS_SEM_EN控制是否使用μC/OS-II中的信號量管理函式及其相關數據結構，設為1為使用。如果不使用，則關閉此常量節省記憶體。

OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN

此常量控制是否使用μC/OS-II中的OSTaskChangePrio（）函式，設為1為使用。如果在應用程式中不需要改變運行任務的優先權，則將此常量設為0節省記憶體。

OS_TASK_CREATE_EN

此常量控制是否使用μC/OS-II中的OSTaskCreate（）函式，設為1為使用。在μC/OS-II中推薦用戶使用OSTaskCreateExt（）函式建立任務。如果不使用OSTaskCreate（）函式，將OS_TASK_CREATE_EN設為0可以節省記憶體。注意OS_TASK_CREATE_EN和OS_TASK_CREATE_EXT_EN至少有一個要為1，當然如果都使用也可以。

OS_TASK_CREATE_EXT_EN

此常量控制是否使用μC/OS-II中的OSTaskCreateExt（）函式，設為1為使用。該函式為擴展的，功能更全的任務建立函式。如果不使用該函式，將OS_TASK_CREATE_EXT_EN設為0可以節省記憶體。注意，如果要使用堆疊檢查函式OSTaskStkChk（），則必須用OSTaskCreateExt（）建立任務。

OS_TASK_DEL_EN

此常量控制是否使用μC/OS-II中的OSTaskDel（）函式，設為1為使用。如果在應用程式中不使用刪除任務函式，將OS_TASK_DEL_EN設為0可以節省記憶體。

OS_TASK_SUSPEND_EN

此常量控制是否使用μC/OS-II中的OSTaskSuspend（）和OSTaskResume（）函式，設為1為使用。如果在應用程式中不使用任務掛起-喚醒函式，將OS_TASK_SUSPEND_EN設為0可以節省記憶體。

OS_TICKS_PER_SEC

此常量標識調用OSTimeTick（）函式的頻率。用戶需要在自己的初始化程式中保證OSTimeTick（）按所設定的頻率調用（即系統硬體定時器中斷髮生的頻率----譯者注）。在函式OSStatInit（），OSTaskStat（）和OSTimeDlyHMSM（）中都會用到OS_TICKS_PER_SEC。