三.UC/OS-Ⅱ任务管理

三.UC/OS-Ⅱ任务管理

目录

三.UC/OS-Ⅱ任务管理

1.UC/OS –II中的任务

UC/OS-II开关中断的方法 

2. 任务状态

1.睡眠态又称（休眠状态）（task dormant） 

 2.就绪态（task ready）

3. 运行态（task running）

4.等待状态（task waiting） 

5.中断服务态（ISR running) 

 3.任务控制块（TCB）

Ucos-II任务代码的一般框架 

4. 空任务列表

5.任务级的任务调度--OSSched 

7.就绪表 

 1.根据优先级找到任务在就绪任务表中的位置

1.入表操作：

2.出表操作：

3.查表操作：

8.任务调度器（task scheduler)

​编辑

 9.任务切换的机理 

10. 调度时机

1.用函数OSTaskCreate( )创建任务

 2.uC/OS-II的任务框架

3. 试写出OSStartHighRdy( )函数的示意代码

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1.UC/OS –II中的任务

1. uC/OS –II 2.5版本支持64个任务，每个任务一个特定的优先级。数字越小，优先级越高
2. 系统总是运行进入就绪态优先级最高的任务
3. 任务优先级号就是任务编号（ID）.优先级号也被一些内核功能函数调用。如OsTaskChangePrio( )及OsTaskDel( ).
4. 系统占用了8个任务，保留优先级为0、1、2、3、OS_LOWEST_PRIO-3、 OS_LOWEST_PRIO-2、 OS_LOWEST_PRIO-1、 OS_LOWEST_PRIO-0
5. 即：建议不使用上述最高4个和最低4个优先级，用户任务仍可达56个

UC/OS-II开关中断的方法 

UC/OS-II定义了两个宏调用来开关中断:

• OS_ENTER_CRITICAL( ) （禁止中断的宏)
• OS_EXIT_CRITICAL( )   (启用中断的宏）

 通常成对出现

2. 任务状态

在任一给定的时刻，任务的状态一定是以下五种状态之一：

1. 睡眠态（task dormant）
2. 就绪态（task ready）
3. 运行态（task running）
4. 等待状态（task waiting）
5. 中断服务态（ISR running)

1.睡眠态又称（休眠状态）（task dormant） 

• 指任务驻留在程序空间（ROM或RAM），还没有交给系统来管理的状态
• 任务交给系统通过调用以下函数之一来实现： 

OSTaskCreate（）

OSTaskCreateExt（）

• 告知系统：

1. 任务的起始地址
2. 任务建立时，用户给任务赋予的优先级
3. 任务要使用的栈空间大小等

 2.就绪态（task ready）

• 任务一旦创建就进入就绪态，准备运行
• 任务的创建可以是在多任务开始之前，也可以动态地由一个运行着的任务创建
• 若刚创建任务的优先级高于创建它的任务的优先级，它将立即获得cpu的使用权
• 任务可通过OSTaskDel（）返回睡眠态；或调用该函数让另一个任务进入睡眠态

3. 运行态（task running）

• 就绪的任务只有当所有优先级高于它的任务都转为等待状态，或被删除后，才能进入运行态
• 任何时刻只有一个任务处于运行态
• 调用OSStart（）可以启动多任务。该函数只能在启动时调用一次
• OSStart（）运行用户初始化代码中已经建立的、进入就绪态的优先级最高的任务

4.等待状态（task waiting） 

• 正在运行的任务可以通过下面的调用进入等待状态。延迟时间到，立即强制执行任务切换，让下一个优先级最高、并进入就绪态的任务执行。

OSTimeDly （）

OSTimeDlyHMSM （）

• 等待时间过去后，系统服务（内部）函数OSTimeTick（）使延迟了的任务进入就绪态，用户无需在应用程序代码中调用这个函数
• 正在运行的任务可能需要通过调用函数等待某一事件发生。如果该事件并未发生，任务就进入等待状态

OSFlagPend （）； OSMutexPend （）

OSSemPend （）； OSMboxPend （）

当事件发生或等待超时，被挂起的任务就进入就绪态

5.中断服务态（ISR running) 

• 正在执行的任务是可以被中断的，除非该任务将中断关闭，或系统将中断关闭。被中断的任务便进入了中断服务态。

• 响应中断后，正在运行的任务被挂起，中断服务子程序控制了CPU的使用权
• 中断服务子程序可能会报告一个或多个事件的发生，而使一个或多个任务进入就绪态
• 上述情况下，从中断服务子程序返回之前，uC/OS –II 要判定：

被中断的任务是否还是就绪态任务中优先级最高的

如果中断服务子程序使另一个优先级更高的任务进入了就绪态，则新进入就绪态的这个优先级更高的任务将得以运行；否则，原来被中断了的任务将继续运行。

当所有的任务都在等待时间发生或等待延迟时间结束时，uC/OS –II 执行被称为空闲任务（Idle Task）的内部函数，即：OSTaskIdle（） 

任务状态转换图：

 3.任务控制块（TCB）

• 任务控制块 OS_TCB是一个数据结构，保存该任务的相关参数，包括任务堆栈指针、状态、优先级、任务表位置、任务链表指针等
• 所有的任务控制块分为两条链表：

空闲链表

使用链表

• 当任务的CPU使用权被剥夺时，系统用它来保存该任务的状态全部驻留在RAM中

typedef struct os_tcb {
    OS_STK        *OSTCBStkPtr（当前任务堆栈栈顶指针）;
#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN>0
    void          *OSTCBExtPtr; （指向用户定义的任务控制块扩展） 
    OS_STK        *OSTCBStkBottom;（指向任务堆栈栈底指针）
    INT32U         OSTCBStkSize;（存有栈中可容纳的指针元数目）
    INT16U         OSTCBOpt; 
    INT16U         OSTCBId; （存储任务的识别码ID，备用）
#endif
    struct os_tcb *OSTCBNext; （任务控制块OS-TCB双向链表的后链接）
    struct os_tcb *OSTCBPrev; （任务控制块OS-TCB双向链表的前链接）
#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN || OS_SEM_EN
    OS_EVENT      *OSTCBEventPtr;（指向事件控制块的指针）
#endif
#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN
void          *OSTCBMsg;（指向传递给任务的消息的指针）
#endif
INT16U         OSTCBDly;
INT8U          OSTCBStat;（任务的状态字）
INT8U          OSTCBPrio; （任务的优先级）
INT8U          OSTCBX;
INT8U          OSTCBY;
INT8U          OSTCBBitX;
INT8U          OSTCBBitY;
#if OS_TASK_DEL_EN
    BOOLEAN        OSTCBDelReq;
#endif
} OS_TCB;

Ucos-II任务代码的一般框架 

void MyTask( void *pdata )
{
   for(;;)
    {
       可以被中断的用户代码;
       OS_ENTER_CRITICAL();  //进入临界段(关中断)
       不可以被中断的用户代码;
       OS_EXIT_CRITICAL();    //退出临界段(开中断)
       可以被中断的用户代码;
    }
}

4. 空任务列表

• 所有的任务控制块都被放置在任务控制块列表数组OSTCBTbl[ ]中
• 系统初始化时，所有任务控制块被链接成空任务控制块的单向链表
• 任务建立后，空任务控制块指针OSTCBFreeList指向的任务控制块就赋给了该任务，然后OSTCBFreeList的值调整为指向链表中的下一个空任务控制块
• 任务一旦被删除，任务控制块就还给空任务链表 

5.任务级的任务调度--OSSched 

• UC/OS是占先式实时多任务内核，优先级最高的任务一旦准备就绪，则拥有CPU的所有权即开始投入运行。
• UC/OS中不支持时间片轮转法，每个任务的优先级要求不一样且是唯一的。因此，任务调度就是：查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换。
• UC/OS任务调度所花的时间为常数，与应用程序中建立的任务数无关。

7.就绪表 

根据就绪表确定最高优先级两个关键:

1. 优先级数分解为高三位和低三位分别确定
2. 高优先级有着小的优先级号 

 1.根据优先级找到任务在就绪任务表中的位置

把优先级转换为2进制 得到8位二进制数，其中的值表示OSRdyTbl [ n ]，的值表示OSRdyGrp [ n ]。如下图所示：

任务就绪表的三种基本操作包括：插入任务到任务就绪表、从任务就绪表中删除任务和查找最高优先级的就绪任务。 

以下是三种基本操作的C代码：

1.入表操作：

在程序中，可以用类似下面的代码把优先级别为prio的任务置为就绪状态：

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

OSRdyGrp | = OSMapTbl[prio>>3];

2.出表操作：

如果要使一个优先级别为prio的任务脱离就绪状态则可使用如下类似代码：

if((OSRdyTbl[prio>>3] &= ~OSMapTbl[prio&0x07]) == 0)

      OSRdyGrp&=~OSMapTbl[prio>>3]; 

3.查表操作：

在就绪表中计算机查找最高优先级别任务的代码：

y =   OSUnMapTbl[OSRdyGrp];

x =   OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];

prio = (y<<3) +x;

8.任务调度器（task scheduler)

OSTCBHighRdy 待运行任务控制块

OSTCBCur 正在运行的运行任务控制块

 9.任务切换的机理 

任务切换就是中止正在运行的任务（当前任务），转而去运行另外一个任务的操作，当然这个任务应该是就绪任务中优先级别最高的那个任务  

将被挂起的任务寄存器入栈

将较高优先级任务的寄存器出栈

 任务级的任务切换宏OS_TASK_SW()

OS_TASK_SW()是宏调用，含有微处理器的软中断指令。因为，系统假定任务切换是靠中断级代码完成的。

OS_TASK_SW()将处理器相关的软件中断机制封装起来，便于操作系统移植

10. 调度时机

1.用函数OSTaskCreate( )创建任务

 应用程序通过调用OSTaskCreate( ) 函数来创建一个任务，OSTaskCreate( )函数的原型如下：

INT8U OSTaskCreate (
  void (*task)(void *pd),//指向任务的指针
  void *pdata,	//传递给任务的参数 
  OS_STK *ptos,	//指向任务堆栈栈顶的指针
  INT8U prio	//任务的优先级
)

 2.uC/OS-II的任务框架

void  task_xxx(void *pdata)
{
    /* 该任务的初始化工作 */ 
            ……    
    /* 进入该任务的死循环 */
    while(1)
    {
        ……
    }
}

或者写作这种形式：

3. 试写出OSStartHighRdy( )函数的示意代码

void OSStartHighRdy()  {    
    调用用户定义的OSTaskSwHook(); 
    OSRuning = TRUE;  
    得到将要恢复运行任务的堆栈指针:  Stack pointer = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;
    从新任务堆栈中恢复处理器的所有寄存器;
    执行中断返回指令; 
｝