ucos ii

ucos ii

μC/OS-II由Micrium公司提供，是一個可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任務實時核心，它適用於多種微處理器，微控制器和數字處理晶片（已經移植到超過100種以上的微處理器套用中）。同時，該系統原始碼開放、整潔、一致，注釋詳盡，適合系統開發。 μC/OS-II已經通過聯邦航空局（FAA）商用航行器認證，符合航空無線電技術委員會（RTCA）DO-178B標準。

基本介紹

性質,套用,組成,任務管理,時間管理,記憶體管理,通信同步,任務調度,任務調度,

性質

μC/OS-II被廣泛套用於微處理器、微控制器和數位訊號處理器。
μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自於1992 年美國嵌入式系統專家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系統編程》雜誌的5 月和6 月刊上刊登的文章連載，並把μC/OS 的源碼發布在該雜誌的B B S 上。
μC/OS 和μC/OS-II 是專門為計算機的嵌入式套用設計的， 絕大部分代碼是用C語言編寫的。CPU 硬體相關部分是用彙編語言編寫的、總量約200行的彙編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便於移植到任何一種其它的CPU 上。用戶只要有標準的ANSI 的C交叉編譯器，有彙編器、連線器等軟體工具，就可以將μC/OS-II嵌入到開發的產品中。μC/OS-II 具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點， 最小核心可編譯至 2KB 。μC/OS-II 已經移植到了幾乎所有知名的CPU 上。
嚴格地說uC/OS-II只是一個實時作業系統核心，它僅僅包含了任務調度，任務管理，時間管理，記憶體管理和任務間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理，檔案系統，網路等額外的服務。但由於uC/OS-II良好的可擴展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據需要分別實現。
uC/OS-II目標是實現一個基於優先權調度的搶占式的實時核心，並在這個核心之上提供最基本的系統服務，如信號量，信箱，訊息佇列，記憶體管理，中斷管理等。
uC/OS-II以原始碼的形式發布，是開源軟體, 但並不意味著它是免費軟體。你可以將其用於教學和私下研究（peaceful research）；但是如果你將其用於商業用途，那么你必須通過Micrium獲得商用許可。

套用

μC/OS-II可以提供如下服務：
  • 信號量
  • 互斥信號量
  • 事件標識
  • 訊息信箱
  • 訊息佇列
  • 任務管理
  • 固定大小記憶體塊管理
  • 時間管理
    另外，在μC/OS-II核心之上，有如下獨立模組可供用戶選擇：
  • μC/FS檔案系統模組
  • μC/GUI圖形軟體模組
  • μC/TCP-IP協定棧模組
  • μC/USB協定棧模組

組成

μC/OS-II可以大致分成核心、任務處理、時間處理、任務同步與通信，CPU的移植等5個部分。
1) 核心部分(OSCore.c)
是作業系統的處理核心，包括作業系統初始化、作業系統運行、中斷進出的前導、時鐘節拍、任務調度、事件處理等多部分。能夠維持系統基本工作的部分都在這裡。
2) 任務處理部分(OSTask.c)
任務處理部分中的內容都是與任務的操作密切相關的。包括任務的建立、刪除、掛起、恢復等等。因為μC/OS-II是以任務為基本單位調度的，所以這部分內容也相當重要。
3) 時鐘部分(OSTime.c)
μC/OS-II中的最小時鐘單位是timetick（時鐘節拍）。任務延時等操作是在這裡完成的。
4) 任務同步和通信部分
為事件處理部分，包括信號量、信箱、信箱佇列、事件標誌等部分；主要用於任務間的互相聯繫和對臨界資源的訪問。
5) 與CPU的接口部分
是指μC/OS-II針對所使用的CPU的移植部分。由於μC/OS-II是一個通用性的作業系統，所以對於關鍵問題上的實現，還是需要根據具體CPU的具體內容和要求作相應的移植。這部分內容由於牽涉到SP等系統指針，所以通常用彙編語言編寫。主要包括中斷級任務切換的底層實現、任務級任務切換的底層實現、時鐘節拍的產生和處理、中斷的相關處理部分等內容。

任務管理

uC/OS-II 中最多可以支持256個任務，分別對應優先權0～255，其中0 為最高優先權。255為最低級。
注意：uC/OS中最多可以支持64個任務，分別對應優先權0～63，其中0 為最高優先權。63為最低級。
uC/OS-II提供了任務管理的各種函式調用，包括創建任務，刪除任務，改變任務的優先權，任務掛起和恢復等。
系統初始化時會自動產生兩個任務：一個是空閒任務，它的優先權最低，該任務僅給一個整型變數做累加運算；另一個是系統任務，它的優先權為次低，該任務負責統計當前cpu的利用率。

時間管理

uC/OS-II的時間管理是通過定時中斷來實現的，該定時中斷一般為10毫秒或100毫秒發生一次，時間頻率取決於用戶對硬體系統的定時器編程來實現。中斷髮生的時間間隔是固定不變的，該中斷也成為一個時鐘節拍。
uC/OS-II要求用戶在定時中斷的服務程式中，調用系統提供的與時鐘節拍相關的系統函式，例如中斷級的任務切換函式，系統時間函式。

記憶體管理

在ANSI C中是使用malloc和free兩個函式來動態分配和釋放記憶體。但在嵌入式實時系統中，多次這樣的操作會導致記憶體碎片，且由於記憶體管理算法的原因，malloc和free的執行時間也是不確定。
uC/OS-II中把連續的大塊記憶體按分區管理。每個分區中包含整數個大小相同的記憶體塊，但不同分區之間的記憶體塊大小可以不同。用戶需要動態分配記憶體時，系統選擇一個適當的分區，按塊來分配記憶體。釋放記憶體時將該塊放回它以前所屬的分區，這樣能有效解決碎片問題，同時執行時間也是固定的。

通信同步

對一個多任務的作業系統來說，任務間的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4種同步對象，分別是信號量，信箱，訊息佇列和事件。所有這些同步對象都有創建，等待，傳送，查詢的接口用於實現進程間的通信和同步。

任務調度

uC/OS-II 採用的是可剝奪型實時多任務核心。可剝奪型的實時核心在任何時候都運行就緒了的最高優先權的任務。
uC/OS-II的任務調度是完全基於任務優先權的搶占式調度，也就是最高優先權的任務一旦處於就緒狀態，則立即搶占正在運行的低優先權任務的處理器資源。為了簡化系統設計，uC/OS-II規定所有任務的優先權不同，因為任務的優先權也同時唯一標誌了該任務本身。

任務調度

1） 高優先權的任務因為需要某種臨界資源，主動請求掛起，讓出處理器，此時將調度就緒狀態的低優先權任務獲得執行，這種調度也稱為任務級的上下文切換。
2） 高優先權的任務因為時鐘節拍到來，在時鐘中斷的處理程式中，核心發現高優先權任務獲得了執行條件(如休眠的時鐘到時)，則在中斷態直接切換到高優先權任務執行。這種調度也稱為中斷級的上下文切換。
這兩種調度方式在uC/OS-II的執行過程中非常普遍，一般來說前者發生在系統服務中，後者發生在時鐘中斷的服務程式中。
調度工作的內容可以分為兩部分：最高優先權任務的尋找和任務切換。其最高優先權任務的尋找是通過建立就緒任務表來實現的。u C / O S 中的每一個任務都有獨立的堆疊空間，並有一個稱為任務控制塊TCB(Task Control Block)的數據結構，其中第一個成員變數就是保存的任務堆疊指針。任務調度模組首先用變數OSTCBHighRdy 記錄當前最高級就緒任務的TCB 地址，然後調用OS_TASK_SW()函式來進行任務切換。

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