根據自己理解，來仿寫一個ucosii
簡單談談我對uc的一些認識級對于部分源碼的分析和調試，作為對近一段時間學習的階段性總結。下文將分兩部分介紹，前半部分主要談談我個人對一些問題的認識以及一些疑惑，后半部分是通過閱讀ucosii，按照ucosii的思路自己編寫或者調試的一些源碼的分析，這些源碼可以實現任務按照優先級定時切換(MDK+stm32)。
1.ucosii有什么作用，和裸機的區別
uc是一個實時操作系統，很長一段時間以來我一直在糾結這個東西是干嘛用的，單片機不是有中斷嗎，為什么非要用這個東西來完成中斷的功能呢?
先談談我們比較熟悉的裸機開發，使用一個while(1)配合一些中斷來響應事件。但是我們知道，單片機的中斷資源是有限的，并且多是用來響應外部事件。另外，中斷中使用的全局變量，不可重入性也容易使系統產生問題，造成不確定性。而且中斷時間不能過長，使得任務的吞吐量不能太大，而中斷之間的相互嵌套也容易使程序出現問題。所以，在需要及時處理復雜或者耗時任務的時候(簡單任務while循環的實時性好像不比uc差)，及時響應任務并進行處理，這種普通的模式效果就比較差了。而uc有個好處就是它可以隨時切換任務，每個任務的執行有固定的時間，通過操作系統統一的TimeTick可以有效統一任務運行的時間，這樣就不會出現一個任務長期占據cpu而其他任務得不到運行的情況，我們可以通過調用uc的API來控制每個任務的運行。多任務還有個好處就是把復雜的程序拆成幾個任務，這樣管理相對方便，容易修改和擴展，否則復雜些幾千行的while循環程序一旦完成，想再擴展就變得灰常麻煩。從另一方面講，在做一些簡單的東西的時候，不需要實時性的時候，感覺不使用uc反而更簡單一些。想想既然NASA都在使用ucosii，這個東西肯定有它的價值的，學明白了肯定是有用的。
2.ucosii的數據結構簡析
uc中的數據結構不是動態創建的，所以，在初始化操作系統的時候(OSInit (void))，要做的就是初始化這些數據結構。 其中又可以分為兩個部分，第一是初始化全局變量，包括
OSTime = 0uL; 時間記錄，TimeTick中自增
OSIntNesting = 0u; 中斷嵌套層數，用于記錄中斷嵌套，中斷中不允許任務調度
OSLockNesting = 0u; 調度鎖
OSTaskCtr = 0u; 當前任務數
OSRunning = OS_FALSE; 操作系統禁止，在OSStart();中開啟
OSCtxSwCtr = 0u; 任務切換數
OSIdleCtr = 0uL; 空閑任務數
#if OS_TASK_STAT_EN > 0u 后面幾個沒弄過，待查
OSIdleCtrRun = 0uL;
OSIdleCtrMax = 0uL;
OSStatRdy = OS_FALSE;
#endif
#ifdef OS_SAFETY_CRITICAL_IEC61508
OSSafetyCriticalStartFlag = OS_FALSE;
#endif
初始化完全局變量，就開始初始化各種鏈表，清空它們的內容然后穿起來。其中主要包括 任務控制塊，消息塊， 信號量集塊，內存塊幾個主要塊，uc的工作主要就靠它們了。
其中任務控制塊是重中之重，用于記錄任務的屬性以及存儲空間。在下文中具體分析其各變量的作用。
消息塊主要用于任務同步，也就是任務間相互發送消息。
其中信號量用于協調共享資源的訪問，說的簡單點就是一個東西我用完了你再用。如果我正用著，這時候輪你用了，但是我沒把權限給你(post)，到你了你也不能用(pend)。這樣就可以避免由不同任務同時訪問一個資源而出錯。
互斥信號量這個名字很奇怪，信號量的作用本來不就是互斥嗎?互斥信號量是為了避免優先級反轉用的。假設任務A,B,C優先級遞增，A,C同時訪問一個資源。如果使用信號量，當C訪問資源時，如果C沒來得及釋放信號量，由于超時或者其他函數中有任務調度函數而發生任務調度時，A由于得不到C手中的信號量，任務不能執行，只能執行B任務了。這咋看沒什么問題，但是仔細想想，當前任務優先級最高的A已經就緒但是不能運行，反而優先級低的B運行了，這優先級不是白設置了嗎!究其原因，主要是C的問題，你作為最低的優先級，拿著信號量的時候發生任務調度，肯定不能再運行你自己了吧，信號量送不出去，最高的優先級的A只能干等，所以自然給了B。
哦，那你說上個鎖算了，C運行的時候咱們誰也別打擾，目測這個辦法也行，有待實驗。
任務在獲取互斥信號量后，可以把優先級提到最高，這樣就可以避免被調度到B，直到
C釋放了信號量。這是A優先級最高，信號量又沒有被占用，OK，正常運行。
消息郵箱也是個信號量，不過它的作用是任務間通信，你可以通過它傳遞一個消息指針(*msg)，這個指針你愛指什么指什么，反正你的任務指哪里，我的任務從哪里讀取，你給我發郵件，我就去那里讀，這樣就可以互相通信了。不過必須等我post了，你pend上了才能成功讀取，這可不是隨便寫個全局變量就可以隨便讀取的。可見，這也是一種消息間的協調機制。
消息隊列我也不大清楚干什么用的，它能發好幾個消息，每個任務只能讀一個，下一個任務讀下一個，至于做什么用的，有待深入學習。
信號量集也是一種任務間的通信方式，但是它的數據結構有別與消息類的。信號量集是在滿足多個條件后觸發一個任務的運行。如果說信號量是一把鑰匙，信號量集就是多把鑰匙，同時滿足才能開門。另外，使用時要注意這個條件不是相加，而是按位相同。
最后時內存控制塊，感覺像是uc的malloc和free，沒用過。
3.任務調度時堆棧是個什么
我們知道，正常情況下我們寫的函數中堆棧空間是由編譯器自動分配的，那在任務里寫函數為什么就要手動分配堆棧空間呢?這個堆棧中到底存儲了什么東西呢。
通過閱讀任務控制塊代碼我們可以知道，任務控制塊中為我們提供一個函數指針，這個指針指向我們的任務，只要將這個指針的地址寫入相應寄存器，那么程序就會自動運行到這個函數。但是我們注意，只有函數在被main直接或者間接調用時，計算機才會為函數分配響應內存空間，而我們現在只是用一個指針指向了這段即將運行的代碼，至于空間，有可能是隨意一段內存空間，體現在程序上就是函數中的局部變量和函數內部調用的函數所需要的數據，全都會保存在任意一段內存空間，覆蓋有用數據，在M3上，這種隨意侵蝕內存的行為將會引發錯誤中斷，程序無法正常使用。同樣的道理，這就好比我們定義數組時必須指定空間大小，如果隨意定義一個指針然后對其所指空間賦值，極有可能引起嚴重錯誤。
至于任務空間大小，要看其全局變量和函數嵌套層數來定義，函數嵌套是需要很多內存空間的，嵌套層數越多，需要的空間越大。另外好像空間大小都是64,128,256這樣的整形，我們打開debug窗口硬件仿真時也會發現，這些堆棧大小好像正好是64等整數，原因待查。
4.關于為什么不使用調度鎖而使用互斥信號量的又一種解釋
互斥信號量我們可以暫時提高當前任務的優先級，也就是說，我們可以把當前任務優先級提高到最高。同樣，我們也可以不提高到最高，如果有優先級高于上文中提到的A任務的優先級的任務Z，如果我們使用調度鎖，Z任務也是不能被調度的。而使用互斥信號量，
我們可以把互斥任務優先級提高到高于A但是低于Z的級別，這樣既不會出現優先級反轉的現象，同時還能及時響應任務Z。
程序源碼分析：
以下源碼是借鑒uc，使用比較簡單的方式實現的一個任務調度模塊，在MDK下調試，芯片為STM32F103ZET6。可以實現任務定時切換，簡要描述了ucosii的任務調度基本功能。底層代碼使用uc官方移植文件。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
