【uC/OS-II】笔记1----入门

前言

uC/OS-II操作系统有许多基本概念和机制。单独看这些基本知识，很枯燥，也不知道如何联系。就像打太极拳，那么多招式，只知道是什么，不知道为什么的，学起来也很慢。本文以问答的方式，环环相扣，把各个基本概念给串起来，便于理解概念、机制和ucosii设计的精妙之处。

问：为什么要使用uC/OS-II操作系统?

在编写单片机程序时，分为裸机程序和带操作系统的程序。裸机程序在运行时，从上而下顺序、串行地执行。

例如：

void main(){
    init();
    while(1){
    key();//按键操作
    Display();//显示
    GetsensorVal();//获取传感器输出
    CtrlGpio();//输出
    GetBeijingTime();//获取北京时间
    Drivestepmotor();//控制步进电机
    }
}

按键：需要实时响应

显示：需要定时1s更新北京时间

步进电机：按键控制步进电机转动

传感器：获取传感器数值

其中，按键、步进电机需要实时响应，显示需要定时更新等。每个函数得到重复执行就必须等待一个完整的while(1)周期，这样，获取传感器数据、按键控制步进电机时，可能显示就不能定时更新，实时性不容易得到保证。当然，可以使用状态机和搭配外部中断、定时器中断设置一些flag，缩短while(1)执行的周期，来保证显示的实时性。但，如果程序再复杂一些，程序员不仅要写功能函数、逻辑函数、还要维护这套函数的调用逻辑，工作量就比较大了。

问：uC/OS-II操作系统是什么?

uC/OS-II操作系统是一套完善的任务（也就是函数）切换机制，可以保证程序运行的实时性。主要方法是划分时间片，在每个时间片去轮番运行各个函数（也可以叫任务、进程）。如果任务比较多，轮番执行起来的周期仍然很慢，所以，操作系统对各个任务划分5种状态（休眠、就绪、运行、阻塞、挂起等）。只有就绪态的任务，才可以得到执行。这样，就跳过了很多没有就绪好的任务，缩短了轮番执行的周期。 

问：多个任务同时就绪怎么切换?

用户在创建任务时，需要对任务分配优先级，保证在多个任务都就绪时，操作系统可以按照优先级有序地执行。uC/OS-II还设计了就绪组合就绪表来标志就绪的任务。

任务调度程序（时钟中断服务程序）每隔一段时间查询一次。

问：如果任务数量比较多，查询慢，这样就影响了系统实时性，怎么解决？

 

问：uC/OS-II操作系统为什么有部分是汇编语言编写？

操作系统在按时间片切换各个任务时，并不能保证在时间片内此任务能够运行完毕，在下一次切换到此任务时，需要接着上次执行的状态继续执行。这就需要保护现场、恢复现场。编程时，给每个任务定义并分配一定的堆栈，对其数据进行保存。c语言不能操作寄存器，汇编可以，所以操作系统是c和汇编混写的。

问：裸机程序，可以使用if来确定各函数的执行逻辑，uC/OS-II下两个任务之间有逻辑限制怎么办？例如：A任务接收串口数据，写入buffer，B任务要读出buffer内容，进行指令解析。

任务之间有互相通信、数据交换的需求，因此，有邮箱、消息等用于通信的数据结构。

同步&互斥：A任务接收串口数据，写入buffer，B任务要读出buffer内容，进行指令解析，这样，两个任务就需要同步。任务之间这种共享资源和数据，为了排他避免冲突，因此，有互斥、死锁、信号量、临界区、消息等概念。

临界区：这种共享资源叫临界资源（Critical Resource）。每个任务中在访问共享资源的那段程序成为临界区（Critical Section），在临界区不允许任务切换，为了保证实时性，临界区的代码应该在限定的时间内运行完。

int function(){

OS_ENTER_CRITICAL();
//处理临界资源的代码 
OS_EXIT_CRITICAL();
//...其他代码

}

事件：A任务接收串口数据，写入buffer，B任务要读出buffer内容，进行指令解析。当B任务访问buffer前，应调用OSSemPend()来等待，当A任务完成buffer的写入后，需调用OSSemPost()来通知B任务，缓冲区有可用的资源。这就是A产生一个事件，B在等待一个事件。事件处理是操作系统处理这些信息的手段。

信号量：共享资源的访问钥匙。三种操作：建立Creat、请求Pend、释放Post。

互斥信号量：一种特殊的信号量，不仅用于互斥资源的访问，还在于使用互斥信号量管理需要解决的优先级反转问题。低优先级的在访问互斥资源时，高优先级不能对其进行抢占。

事件标志组：在信号量和互斥信号量的管理中。如果任务要等待多个事件的发生，或者多个中的一个事件发生，那么就应该采用事件标志组管理。

邮箱：邮箱传递的是消息的地址（指针），不是消息本身。

以上，均是为了让任务间能进行通信，相互协调、有序的运行，发明的一些基本概念。

6、有些功能性函数，可能多个任务均会调用，则此函数必须设计成可重入函数。因为，在任务切换的时候，保存现场仅是保存了局部变量的值。全局变量是公共的，可能在下一个任务被改变。恢复运行上一个任务时，使用全局变量新值和上一次的运行状态进行杂交运行，会得不到正确的数据。所以，可重入函数，必须使用局部变量，避免使用全局变量。

int m,n;
int sum(int a, int b){
    int result;
    while(1){
    m=a;
    n=b;
    OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC);
    return (m+n);
    }
}
//------------------------------------
int sum2(int a, int b){
    int p,q;
    while(1){
    p=a;
    q=b;
    OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC);
    return (p+q);
    }        
}

8、