μC/OS-III的內(nèi)核對象解析
摘要:μC/OS-III是Micrium公司于2011年8月1日發(fā)布的第三代占先式硬實(shí)時(shí)系統(tǒng),雖然其某些功能弱于Linux、Android等市場占有率極高的系統(tǒng),但其優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的,如強(qiáng)實(shí)時(shí)性、微內(nèi)核、對微處理器的要求低等。本文對μC/OS-III的內(nèi)核對象進(jìn)行詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞:μC/OS-III;μC/OS-III內(nèi)核對象;信號量;消息隊(duì)列;事件標(biāo)志組
引言
近年來,隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展,嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用在我們生活中的各個(gè)方面。嵌入式操作系統(tǒng)作為嵌入式產(chǎn)品的核心,起著越來越重要作用。μC/OS系列主要面向于對實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)能力等要求較高的工業(yè)操作系統(tǒng)。
μC/OS-III的內(nèi)核對象相對于μC/OS-II有著較大的改變。其內(nèi)核對象的結(jié)構(gòu)更加完善。各內(nèi)核對象都內(nèi)置時(shí)間戳變量,使任務(wù)進(jìn)行與實(shí)時(shí)性相關(guān)的調(diào)試更加便捷。任務(wù)內(nèi)建消息隊(duì)列后,中斷程序可以直接發(fā)送消息給任務(wù)而不通過消息隊(duì)列,這在一些采集信號頻繁的應(yīng)用中能大大提高其實(shí)時(shí)處理能力,從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。
1 μC/OS-III內(nèi)核對象的解析
1.1 信號量
信號量常用于任務(wù)間的同步和互斥。創(chuàng)建信號量的前提條件是分配一個(gè)OS_SEM類型的結(jié)構(gòu)體,信號量的信息均存儲于該結(jié)構(gòu)體中。此外,還需在程序中調(diào)用OS-ScmCreate()函數(shù)后μC/OS-III才能識別該信號量。
其參數(shù)分別為OS_SEM結(jié)構(gòu)體地址、信號量名、初始信號量計(jì)數(shù)值、錯(cuò)誤代號。
任務(wù)可調(diào)用OSSemPcnd()等待該信號量而被掛起。
其參數(shù)分別為OS_SEM結(jié)構(gòu)體地址、等待期滿值、信號量失效模式、時(shí)間戳、錯(cuò)誤代號。
等待期滿值:該值在其變量類型范圍內(nèi)任意設(shè)定,如果非0,則該任務(wù)對信號量的等待期為所設(shè)置的值。如果為0,則任務(wù)無限等待,除非其他任務(wù)調(diào)用OSSemPendAbort()取消了該函數(shù)繼續(xù)等待信號量的到來。
信號量失效模式:若該任務(wù)所等待的信號量無定義或已被刪除,選擇OS_OPT_PEND_BLOCKING,任務(wù)被掛起;選擇OS_OPT_PEND_NON_BLOC KING,函數(shù)返回錯(cuò)誤代號且任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。
有關(guān)信號量的函數(shù):
信號量提交OSSemPend()
信號量刪除 OSSemDel()
取消另一個(gè)任務(wù)等待信號量 OSSemPendAbort()
設(shè)置信號量計(jì)數(shù)值 OSSemSet()
信號量中還包括互斥信號量MUTEX,其結(jié)構(gòu)與普通的信號量一樣,但為了區(qū)分,μC/OS-III為其重新定義了結(jié)構(gòu)體類型OS_MUTEX,互斥信號量用于臨界資源的訪問。
1.2 消息隊(duì)列
消息中承載的可以是數(shù)據(jù)區(qū)地址,也可以是函數(shù)的地址。任務(wù)得到其地址后便可訪問目標(biāo)數(shù)據(jù)或目標(biāo)函數(shù)。消息存在于消息隊(duì)列中,使用消息的前提是創(chuàng)建消息隊(duì)列,每個(gè)消息隊(duì)列需創(chuàng)建一個(gè)OS_Q類型的結(jié)構(gòu)體用于存儲該消息隊(duì)列的相關(guān)數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)體OS_MSG_Q是消息隊(duì)列構(gòu)成的主要部分,其中存儲著消息隊(duì)列中首個(gè)消息和最后一個(gè)消息的地址,而消息中會保存后一個(gè)消息的地址,形成隊(duì)列。這樣,μC/OS-III就能高效地訪問到消息隊(duì)列中的每個(gè)消息。在程序中調(diào)用OSQCreate()函數(shù)后μC/OS-III才能識別用戶創(chuàng)建的消息隊(duì)列。消息隊(duì)列及其消息如圖1所示。
消息隊(duì)列創(chuàng)建函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:消息所被存放的消息隊(duì)列地址、消息隊(duì)列的名字、消息隊(duì)列中所能存放的消息個(gè)數(shù)、錯(cuò)誤代號。
消息提交函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:消息所被存放的消息隊(duì)列地址、消息所承載的數(shù)據(jù)的地址、消息所承載數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、消息的提交方式、錯(cuò)誤代號。
消息提交的方式共有4種:
OS_OPT_POST_ALL消息提交給所有在隊(duì)列中等待的任務(wù)。
OS_OPT_POST_FIFO消息提交到消息隊(duì)列的隊(duì)尾。
OS_OPT_POST_LIFO消息提交到消息隊(duì)列的隊(duì)首。
OS_OPT_POST_NO_SCHED 消息被提交到消息隊(duì)列,但不馬上調(diào)用調(diào)度器。
消息掛起函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:消息所被存放的消息隊(duì)列地址、任務(wù)等待期滿時(shí)間、消息隊(duì)列失效模式、消息所承載數(shù)據(jù)的大小、時(shí)間戳、錯(cuò)誤代號。
任務(wù)等待期滿時(shí)間是以時(shí)基為單位的。時(shí)間戳變量中保存了任務(wù)接收到消息時(shí)的時(shí)間戳、任務(wù)被取消等待該消息時(shí)的時(shí)間戳、消息隊(duì)列被刪除時(shí)的時(shí)間戳。用戶也可以傳入?yún)?shù)((CPU_TS*)0)不接收這個(gè)時(shí)間戳。錯(cuò)誤代號中蘊(yùn)含著函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果。
需注意的是該函數(shù)有返回值,返回的是接收到消息中所指向數(shù)據(jù)區(qū)的地址。
消息隊(duì)列的其他API:
刪除消息隊(duì)列 OSQDel()
清空消息隊(duì)列 OSQFlush()
取消任務(wù)等待該消息 OSQPendAbort()
以上函數(shù)均用于操作外建消息隊(duì)列,μC/OS-III最讓人振奮的就是任務(wù)可以內(nèi)建消息隊(duì)列,這不僅提高了μC/OS-III的效率,還簡化了程序代碼。
任務(wù)內(nèi)建消息隊(duì)列的API如下:
任務(wù)等待消息 OSTaskQPend()
發(fā)送消息給消息隊(duì)列 OSTaskQPost()
清窄消息隊(duì)列 OSTaskQFlush()
取消任務(wù)等待該消息 OSQPendAbort()
外部消息隊(duì)列及任務(wù)內(nèi)建消息隊(duì)列如圖2所示。
1.3 事件標(biāo)志組
事件標(biāo)志組創(chuàng)建函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:事件標(biāo)志組的地址、事件標(biāo)志組的名字、初始化事件標(biāo)志組、錯(cuò)誤代號。
事件標(biāo)志組掛起函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:事件標(biāo)志組的地址、任務(wù)所等待的標(biāo)志位、任務(wù)等待期滿時(shí)間、事件標(biāo)志組的方式、時(shí)間戳、錯(cuò)誤代號。
事件標(biāo)志組的方式選擇需分為兩部分:一部分為事件標(biāo)志組失效時(shí)的處理方式,可選擇OS_OPT_PENDBLOCKING和OS_OPT_PEND_NON_BLOCKI NG;另一部分是任務(wù)等待事件標(biāo)志位的方式。
所等待的標(biāo)志位全部被清零:OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_AND
所等待的標(biāo)志位或操作為0:OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_OR
所等待的標(biāo)志位全部被置位:OS_OPT_PEND_FLAG_SET_AND
所等待的標(biāo)志位或操作為1:OS_OPT_PEND FLAG_SET_OR
事件標(biāo)志提交函數(shù)為:
其參數(shù)分別為:事件標(biāo)志組的地址、此函數(shù)中被操作的位、置位或清零、錯(cuò)誤代號。
事件標(biāo)志組的其他API:
刪除事件標(biāo)志組 OSFlagDel()
取消任務(wù)等待事件標(biāo)志組 OSFlagPendAbort()
獲取事件標(biāo)志組中任務(wù)所關(guān)心的位 OSFlagPendGetFlagsRdy()
事件標(biāo)志組實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的通信如圖3所示。
2 小結(jié)
μC/OS-III任務(wù)間的通信常通過信號量、消息隊(duì)列、事件標(biāo)志組實(shí)現(xiàn)。信號量的通信類似于任務(wù)間打招呼,如判斷某條件是否成立。消息隊(duì)列可分為任務(wù)內(nèi)建消息隊(duì)列和外部消息隊(duì)列,任務(wù)內(nèi)建消息隊(duì)列一般用于接收少量消息(如中斷程序發(fā)送過來的消息),外部消息隊(duì)列主要面向于多個(gè)任務(wù)共同等待的消息。事件標(biāo)志組則用于多個(gè)任務(wù)間的同步。