uc-osⅡ入门——创建工程模板

μC/OS-II由Micrium公司提供是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核它适用于多种微处理器微控制器和数字处理芯片已经移植到超过100种以上的微处理器应用中。同时该系统源代码开放、整洁、一致注释详尽适合系统开发。 μC/OS-II已经通过联邦航空局 FAA商用航行器认证符合航空无线电技术委员会RTCADO-178B标准。现在最新版的是μC/OS-III。

说到这个就不得不提到一个嵌入式工程师的考试我记得有一个国内的证是要考ucosⅡ的国内还有个工信部的linux考试国外有微软的wince红帽的linux应用ARM的嵌入式ARM还有一个不太了解的Atmel也是个半导体公司可能是更上游的产业目前用过SOC的就只是开始的STCSTM后来的三星、NXP还有比赛接触的鸿蒙以及挺感兴趣的龙芯。哦还用过全志的。

性质

μC/OS-II被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。

μC/OS-II 的前身是μC/OS最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系统编程》杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载并把μC/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。

μC/OS 和μC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器有汇编器、连接器等软件工具就可以将μC/OS-II嵌入到开发的产品中。μC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点最小内核可编译至 2KB 。μC/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。

严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核它仅仅包含了任务调度任务管理时间管理内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理文件系统网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。

uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核并在这个内核之上提供最基本的系统服务如信号量邮箱消息队列内存管理中断管理等。

uC/OS-II以源代码的形式发布是开源软件, 但并不意味着它是免费软件。你可以将其用于教学和私下研究peaceful research但是如果你将其用于商业用途那么你必须通过Micrium获得商用许可。

所以我们拿来学习是免费的到公司以后这部分钱也是公司出。在rtos领域ucosⅡ依然是现在最稳定的rtos。不过未来可能会被完全开源的freertos和RT-thread代替。现在到处都在推进国产化我挺看好RT-thread的。后面了解的时候会发布相关的学习笔记。

组成

μC/OS-II可以大致分成核心、任务处理、时间处理、任务同步与通信CPU的移植等5个部分。

1) 核心部分(OSCore.c)

是操作系统的处理核心包括操作系统初始化、操作系统运行、中断进出的前导、时钟节拍、任务调度、事件处理等多部分。能够维持系统基本工作的部分都在这里。

2) 任务处理部分(OSTask.c)

任务处理部分中的内容都是与任务的操作密切相关的。包括任务的建立、删除、挂起、恢复等等。因为μC/OS-II是以任务为基本单位调度的所以这部分内容也相当重要。

3) 时钟部分(OSTime.c)

μC/OS-II中的最小时钟单位是timetick时钟节拍。任务延时等操作是在这里完成的。

4) 任务同步和通信部分

为事件处理部分包括信号量、邮箱、邮箱队列、事件标志等部分主要用于任务间的互相联系和对临界资源的访问。

5) 与CPU的接口部分

是指μC/OS-II针对所使用的CPU的移植部分。由于μC/OS-II是一个通用性的操作系统所以对于关键问题上的实现还是需要根据具体CPU的具体内容和要求作相应的移植。这部分内容由于牵涉到SP等系统指针所以通常用汇编语言编写。主要包括中断级任务切换的底层实现、任务级任务切换的底层实现、时钟节拍的产生和处理、中断的相关处理部分等内容。

总结分析和思考

任务管理

uC/OS-II 中最多可以支持256个任务分别对应优先级0255其中0 为最高优先级。255为最低级。

注意uC/OS中最多可以支持64个任务分别对应优先级063其中0 为最高优先级。63为最低级。

uC/OS-II提供了任务管理的各种函数调用包括创建任务删除任务改变任务的优先级任务挂起和恢复等。

系统初始化时会自动产生两个任务一个是空闲任务它的优先级最低该任务仅给一个整型变量做累加运算另一个是系统任务它的优先级为次低该任务负责统计当前cpu的利用率。

时间管理

uC/OS-II的时间管理是通过定时中断来实现的该定时中断一般为10毫秒或100毫秒发生一次时间频率取决于用户对硬件系统的定时器编程来实现。中断发生的时间间隔是固定不变的该中断也成为一个时钟节拍。

uC/OS-II要求用户在定时中断的服务程序中调用系统提供的与时钟节拍相关的系统函数例如中断级的任务切换函数系统时间函数。

内存管理

在ANSI C中是使用malloc和free两个函数来动态分配和释放内存。但在嵌入式实时系统中多次这样的操作会导致内存碎片且由于内存管理算法的原因malloc和free的执行时间也是不确定。

uC/OS-II中把连续的大块内存按分区管理。每个分区中包含整数个大小相同的内存块但不同分区之间的内存块大小可以不同。用户需要动态分配内存时系统选择一个适当的分区按块来分配内存。释放内存时将该块放回它以前所属的分区这样能有效解决碎片问题同时执行时间也是固定的。

通信同步

对一个多任务的操作系统来说任务间的通信和同步是必不可少的。uC/OS-II中提供了4种同步对象分别是信号量邮箱消息队列和事件。所有这些同步对象都有创建等待发送查询的接口用于实现进程间的通信和同步。

任务调度

uC/OS-II 采用的是可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。

uC/OS-II的任务调度是完全基于任务优先级的抢占式调度也就是最高优先级的任务一旦处于就绪状态则立即抢占正在运行的低优先级任务的处理器资源。为了简化系统设计uC/OS-II规定所有任务的优先级不同因为任务的优先级也同时唯一标志了该任务本身。

1 高优先级的任务因为需要某种临界资源主动请求挂起让出处理器此时将调度就绪状态的低优先级任务获得执行这种调度也称为任务级的上下文切换。

2 高优先级的任务因为时钟节拍到来在时钟中断的处理程序中内核发现高优先级任务获得了执行条件(如休眠的时钟到时)则在中断态直接切换到高优先级任务执行。这种调度也称为中断级的上下文切换。

这两种调度方式在uC/OS-II的执行过程中非常普遍一般来说前者发生在系统服务中后者发生在时钟中断的服务程序中。

调度工作的内容可以分为两部分

最高优先级任务的寻找和任务切换。其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。u C / O S 中的每一个任务都有独立的堆栈空间并有一个称为任务控制块TCB(Task Control Block)的数据结构其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量OSTCBHighRdy 记录当前最高级就绪任务的TCB 地址然后调用OS_TASK_SW()函数来进行任务切换。

理解

在学完linux后再来看感觉就是一个阉割版的linux仅仅实现了多线程我们在使用时操作的那些任务其实和用linux时使用线程是差不多的。使用少量资源的相对独立个体。ucos的内核帮我们实现了对内存的简单管理。源码去掉板级适配后并不多我们自己其实也可以实现。当然这是因为我们站在巨人的肩膀上。我大二课设的时候写过一个更简单的操作系统。也因此拿了课设专业第一。嘿嘿。同学们感兴趣可以也写一个试试。也可以多人组建个小团队或者干脆开源出去大家一起来。这种RTOS核心技术不是很难主要是为了实时性和稳定性。这就需要很多人一起来优化完善。说到这越来越期待RT-thread了。

uC/OS-II_百度百科

更具体的可以看看百度这里还讲了他的问题和解决办法。