嵌入式实时操作系统uCOS-II原理(课件) μCOS-II中的任务管理

嵌入式实时操作系统uCOS-II原理byuCOS-II的基本概念实时性uCOS-II是一个实时操作系统，这意味着它能够在严格的时间约束下完成任务。它允许应用程序响应事件并快速执行操作，这对于嵌入式系统来说至关重要。多任务uCOS-II支持多任务处理，这意味着它可以同时执行多个任务。这允许应用程序将复杂的任务分解为更小的、独立的任务，从而提高效率。可移植性uCOS-II的设计具有高度可移植性，这意味着它可以轻松地移植到不同的硬件平台上。这为嵌入式系统开发人员提供了更大的灵活性。uCOS-II的功能组成1任务管理创建、就绪、挂起、调度任务2时间管理定时器、时钟节拍3内存管理内存分配、内存池4中断管理中断处理、中断优先级uCOS-II的任务管理任务管理是uCOS-II的核心功能，它负责管理系统中的所有任务，并根据它们的优先级进行调度。1创建任务创建任务是将应用程序代码与uCOS-II系统结合的第一步，需要指定任务的堆栈大小和优先级。2调度任务uCOS-II采用优先级调度算法，优先级高的任务优先执行，确保关键任务得到及时处理。3管理任务状态uCOS-II管理任务的不同状态，包括就绪、挂起和运行，以控制任务的执行流程。任务的创建1定义任务函数首先需要定义一个函数，该函数将包含任务要执行的代码。2任务控制块结构体创建任务控制块结构体，用来存储任务信息，例如任务优先级、堆栈指针、状态等。3调用任务创建函数最后调用uCOS-II提供的OS_TaskCreate()函数创建任务，并将任务函数和任务控制块作为参数传入。任务的就绪和挂起1就绪状态任务已准备好执行2挂起状态任务暂时无法执行3运行状态任务正在执行任务调度实时性要求实时操作系统需要及时响应事件和处理任务，确保系统能够在规定的时间范围内完成任务。优先级调度uCOS-II采用优先级调度算法，优先级高的任务优先执行，以满足实时性需求。时间片轮转当多个任务具有相同优先级时，uCOS-II使用时间片轮转机制，让每个任务获得一定的时间片进行执行。任务的优先级优先级等级uCOS-II使用数字表示任务优先级，数字越小优先级越高。优先级0是最高优先级，优先级255是最低优先级。优先级分配根据任务的重要性和时间敏感性，分配不同的优先级，以确保关键任务及时执行。任务切换1保存上下文2切换堆栈3恢复上下文任务的延时1延时任务使任务在指定时间后才执行2时间控制使用时钟节拍进行时间控制，确保延时精度3任务挂起延时任务被挂起，直到延时时间到达设置任务延时时间1延时时间通过设定延时时间，控制任务运行时机。2定时器利用uCOS-II提供的定时器功能。3任务状态延时任务进入挂起状态，待时间到达后恢复。任务的延时唤醒延时唤醒延时唤醒是任务管理中的一种常见操作，它允许任务在指定时间段后自动恢复运行。时间管理通过设置延时时间，可以控制任务的执行时间，并确保任务在合适的时间点被唤醒。任务调度延时唤醒机制有助于提高系统的效率，避免任务在不必要的等待时间浪费资源。临界区与互斥量临界区在多任务操作系统中，多个任务可能需要访问共享资源。临界区是指一段代码，该代码只能被一个任务访问，以防止多个任务同时访问共享资源而导致数据不一致的问题。互斥量互斥量是用来保护临界区的机制，它就像一把锁，只有拥有锁的任务才能访问临界区。当一个任务获得锁后，其他任务就无法访问临界区，直到该任务释放锁。信号量的使用等待信号量任务通过OS_SemPend函数等待信号量，该函数会检查信号量的状态。释放信号量任务通过OS_SemPost函数释放信号量，该函数会增加信号量的计数。同步和互斥信号量可以用于同步多个任务，也可以用于互斥访问共享资源。信号量的类型二进制信号量表示资源可用或不可用，类似于开关，用于保护共享资源。计数信号量表示多个同类资源的数量，用于管理多个资源的分配和释放。消息队列异步通信任务之间无需等待，提高效率数据缓冲解决数据丢失问题，保证可靠性资源管理控制任务访问共享资源，避免冲突消息队列的使用1发送消息使用`OSQPost()`函数将消息发送到队列2接收消息使用`OSQGet()`函数从队列接收消息3检查消息使用`OSQIsEmpty()`函数检查队列是否为空事件标志组机制事件标志组提供了一种机制，允许任务通过一组位来同步。优势与信号量相比，事件标志组可以同时通知多个任务，提升了效率。事件标志组的使用1创建标志组使用OS_EventFlagsCreate()创建标志组2设置标志位使用OS_EventFlagsSet()设置标志位3等待标志位使用OS_EventFlagsWait()等待特定标志位内存管理uCOS-II内存管理负责高效分配和管理系统资源，确保各任务间共享资源，提高系统效率和稳定性。内存分区管理将系统内存划分为多个分区，每个分区分配给特定任务或系统组件，避免冲突。内存块分配提供动态内存分配功能，允许任务根据需求申请和释放内存块，提高灵活性。内存分区管理1固定分区事先将内存划分为固定大小的区域2动态分区根据程序大小动态分配内存3可变分区允许程序占用的内存大小可变内存分区管理是uCOS-II中重要的内存管理方式，它将系统内存划分为不同的区域，方便进行管理和分配。内存块分配1分配请求当应用程序需要使用内存时，它会向操作系统发出内存分配请求。2内存搜索操作系统会根据请求的大小搜索可用内存块。3分配内存如果找到合适的内存块，操作系统会将该块分配给应用程序。4更新内存表操作系统会更新内存表，以记录已分配的内存块。内存池内存块预分配预先分配一定数量的内存块，形成一个内存池。动态分配应用程序需要内存时，从内存池中分配内存块。释放内存应用程序不再需要内存块时，释放内存块回内存池。定时器管理定时器定时器是嵌入式系统中不可或缺的一部分，用于实现延迟、周期性任务调度等功能。uCOS-II定时器uCOS-II提供了一个灵活的定时器管理机制，支持多个定时器，每个定时器可以独立设置延时时间和回调函数。定时器的使用1定时器初始化配置定时器参数，如定时时间、中断优先级等2启动定时器开始定时器计数3定时器中断定时时间到时，触发中断服务程序4定时器操作在中断服务程序中执行所需的操作5停止定时器停止定时器计数中断服务程序中断服务程序是嵌入式系统中的重要组成部分，用于处理来自外部设备或内部事件的中断请求。响应中断中断服务程序负责处理来自外部设备或内部事件的中断请求。处理中断中断服务程序需要快速响应中断，并执行必要的处理操作。恢复现场在处理完中断后，中断服务程序需要将系统状态恢复到中断发生之前的状态。中断的处理流程1中断发生硬件设备发出中断请求，例如，外部设备完成数据传输。2中断处理CPU暂停当前执行的任务，并跳转到相应的中断服务程序(ISR)。3中断服务程序执行ISR处理中断事件，例如，读取数据或更新设备状态。4返回中断ISR完成后，CPU返回之前被中断的任务。时钟节拍管理时钟节拍是uCOS-II系统中最重要的计时单元，它决定了系统运行的精度和效率。1系统时钟配置uCOS-II系统需要配置时钟节拍的频率，以确定每个时钟节拍的持续时间。2时钟节拍中断当硬件时钟产生中断时，系统会调用时钟节拍处理函数，更新系统时间和执行任务调度。3时间管理时钟节拍是uCOS-II中所有时间管理功能的基础，包括任务延时、定时器管理等。系统时钟配置系统时钟uCOS-II系统需要一个准确的时钟作为时间参考，以便进行任务调度、定时器管理等操作。时钟源时钟源可以是外部晶振、内部时钟或其他计时器。时钟频率时钟频率决定了系统运行的速度，需要根据具体应用需求进行配置。时钟节拍时钟节拍是系统时钟的基本时间单位，用于任务调度、定时器管理等操作。性能分析1计时器uCOS-II提供计时器功能，用于