標(biāo)題: UCOS任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)原理 [打印本頁]
作者: youjinglanling 時間: 2021-1-17 17:15
標(biāo)題: UCOS任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)原理
0x00摘要
本文主要講解ucos如何實現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度，調(diào)度過程中主要涉及到的函數(shù)和知識點。
0x01引言
ucos是一種嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，其高度可靠性、魯棒性和安全性，得到美國宇航局的認證。已經(jīng)廣泛使用在從照相機到航空電子產(chǎn)品的各種應(yīng)用中。為了更好的了解UCOS的任務(wù)調(diào)度原理，本文從代碼進行分析。
0x02原理
0x02-1
UCOS能實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度是采用中斷來實現(xiàn)，對于STM32其使用了SysTick定時器，用它來產(chǎn)生系統(tǒng)的時基，維持系統(tǒng)的“心跳”。對于SysTick定時器的初始化是在main函數(shù)中OS_CPU_SysTickInit()完成，它的代碼如下：
void OS_CPU_SysTickInit (void)
{
INT32U cnts;
cnts =OS_CPU_SysTickClkFreq() / OS_TICKS_PER_SEC;
OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD = (cnts - 1);
OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC |OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE;
OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL |=OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN;
}
這個函數(shù)主要是完成了SysTick計時器的初始化，首先利用OS_CPU_SysTickClkFreq()獲取系統(tǒng)的頻率，根據(jù)OS_TICKS_PER_SEC，也就是每秒鐘的心跳數(shù)（中斷次數(shù)），得到定時器需要設(shè)定的每次中斷的計時數(shù)，最后調(diào)用相關(guān)的寄存器設(shè)置宏來初始化定時器。這些宏的具體定義大家可以通過源碼直接查看（關(guān)注公眾號，回復(fù)ucos即可獲取，在keil下編譯后在指定變量上右擊查看定義即可）。
OS_CPU_SysTickClkFreq()函數(shù)主要獲取硬件頻率，代碼如下：
INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq (void)
{
INT32U freq;
freq =BSP_CPU_ClkFreq();
return(freq);
}
這里調(diào)用了BSP_CPU_ClkFreq()來獲取頻率，其代碼為：
CPU_INT32U BSP_CPU_ClkFreq (void)
{
RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks;
RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);
return((CPU_INT32U)rcc_clocks.HCLK_Frequency);
}
RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks)這個函數(shù)是stm32固件庫中的函數(shù)，具體代碼大家可以看一下，它可以返回系統(tǒng)的硬件頻率。
0x02-2
設(shè)定好定時器后，stm32便可以產(chǎn)生定時中斷了，中斷調(diào)用中斷函數(shù)OS_CPU_SysTickHandler ()來實現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度。其在verter.s中設(shè)定，這部分涉及到stm32硬件相關(guān)知識暫不講解。代碼如下
void OS_CPU_SysTickHandler (void)
{
OS_CPU_SR cpu_sr;
OS_ENTER_CRITICAL();
OSIntNesting++;
OS_EXIT_CRITICAL();
OSTimeTick();
OSIntExit();
}
這里首先定義了一個OS_CPU_SR變量，用于接受PRIMASK中斷屏蔽寄存器的值。然后調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL()進入臨界段，所謂臨界段就是系統(tǒng)不希望被其他中斷打擾（NMI和硬fault除外，具體功能大家查一下手冊），然后將OSIntNesting（表示中斷嵌套的層數(shù)）加1，執(zhí)行完之后便退出臨界段，臨界段所處的時間越短越好，太長時間將會影響到其他中斷的響應(yīng)，對實時性不利，同樣其他不希望被中斷打擾一切操作都可以用這兩個函數(shù)來進行控制。接著便調(diào)用OSTimeTick()和OSIntExit()完成這次任務(wù)調(diào)度，這兩個函數(shù)下次講解。
先看一下OS_ENTER_CRITICAL()，代碼如下
#define OS_ENTER_CRITICAL() {cpu_sr =OS_CPU_SR_Save();}
這是一個宏定義，調(diào)用了OS_CPU_SR_Save()，其是一個匯編程序，如下
OS_CPU_SR_Save
MRS R0, PRIMASK
CPSID I
BX LR
這里將PRIMASK存入R0，然后關(guān)閉總中斷，跳回原來函數(shù)，這樣就進入了臨界段，不會有其他中斷打擾。PRIMASK在手冊中解釋為這個寄存器只有一個位，置1后，將關(guān)閉所有可屏蔽中斷的異常，只剩NMI和硬fault，默認值為0。
R0是什么，就是調(diào)用函數(shù)傳進來的第一個參數(shù)，也就是cpu_sr。在匯編中R0~R3會依次接受傳進來的不多于4個參數(shù)，再多的話建議采用指針或者堆棧。
OS_EXIT_CRITICAL()，代碼如下
#define OS_EXIT_CRITICAL() {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}
也是一個宏定義，和上述一樣，OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr)是一個匯編程序：
OS_CPU_SR_Restore
MSR PRIMASK, R0
BX LR
將cpu_sr中的值恢復(fù)，然后返回。
0x03小結(jié)
為了大家更加清楚的了解ucos工作機制，這里對源碼進行了詳細分析，對于一些簡單的地方就沒有進行解釋，比如變量定義。還有些調(diào)用庫函數(shù)的語句也沒有解釋，這是stm32部分的相關(guān)知識，為了盡量把多的空間放在ucos上所以就不再進行詳細講解，大家可以到網(wǎng)上查看這些代碼的具體意思。
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