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uC/OS-II的任务切换机理及中断调度优化

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:μC/OS-II是一种适用于嵌入式系统的抢占式实时多任务操作系统,开放源代码,便于学习和使用。介绍μC/OS-II在任务级和中断级的任务切换原理,以及这一操作系统基于嵌入式系统的对于中断的处理;相对于内存资源较少的单片机,着重讨论一种优化的实用堆栈格式和切换形式,以提高资源的利用率;结合MSP430单片机,做具体的分析。
  关键词:实时多任务操作系统μC/OSMSP430中断堆栈
  
  引言
  
  在嵌入式操作系统领域,由JeanJ.Labrosse开发的μC/OS,由于开放源代码和强大而稳定的功能,曾经一度在嵌入式系统领域引起强烈反响。而其本人也早已成为了嵌入式系统会议(美国)的顾问委员会的成员。
  
  不管是对于初学者,还是有经验的工程师,μC/OS开放源代码的方式使其不但知其然,还知其所以然。通过对于系统内部结构的深入了解,能更加方便地进行开发和调试;并且在这种条件下,完全可以按照设计要求进行合理的裁减、扩充、配置和移植。通常,购买RTOS往往需要一大笔资金,使得一般的学习者望而却步;而μC/OS对于学校研究完全免费,只有在应用于盈利项目时才需要支付少量的版权费,特别适合一般使用者的学习、研究和开发。自1992第1版问世以来,已有成千上万的开发者把它成功地应用于各种系统,安全性和稳定性已经得到认证,现已经通过美国FAA认证。
  
  1μC/OS-II的几大组成部分
  
  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。
  
  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。
  
  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。
  
  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。
  
  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。
  
  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。
  
  2对于MSP430的中断处理
  
  2.1函数调用和中断调用的操作
  
  MSP430最常使用的C编译器应该就是IAREmbedd-edWorkBench。对于这一编译器来说,通过分析和研究,发现它有以下规律。
  
  (1)函数调用
  
  如果是函数级调用,编译器会在函数调用时先把当前函数PC压栈,然后调用函数,PC值改变。
  
  如果被调用的函数带有参数,那么,编译器按照以下的规则进行。
  
  最左边的两个参数如果不是struct(结构体)或者union(联合体),将被赋值到寄存器,否则将被压栈。函数剩下的参数都将被压栈。根据最左边的那两个参数的类型,分别赋值给R12(对于32位类型赋值给R12:R13)和R14(对于32位类型赋值给R14:R15)。
  
  (2)中断调用
  
  如果是在中断中调用中断服务子程序的话,编译器将把当前执行语句的PC压栈,同时再把SR压栈。接着,根据中断服务子程序的复杂程度,选择把R12~R15中的寄存器压栈。然后,执行中断服务子程序。中断处理结束后再把Rx寄存器出栈,SR出栈,PC出栈。把系统恢复到中断前的状态,使程序接着被中断的部分继续运行。
  
  图3中断发生时的任务栈压栈操作
  
  2.2任务级和中断级的任务切换步骤和原理
  
  (1)任务级的任务切换原理
  
  μC/OS-II是一个多任务的操作系统,在没有用户自己定义的中断情况下,任务间的切换步骤是这样的:任务间的切换一般会调用OSSched()函数。函数的结构如下:
  
  voidOSSched(void){
  
  关中断
  
  如果(不是中断嵌套并且系统可以被调度){
  
  确定优先级最高的任务
  
  如果(最高级的任务不是当前的任务){
  
  调用OSCtxSw();
  
  
  
  
  }
  
  }
  
  开中断
  
  }
  
  我们把这个函数称作任务调度的前导函数。它先判断要进行任务切换的条件,如果条件允许进行任务调度,则调用OSCtxSw()。这个函数是真正实现任务调度的函数。由于期间要对堆栈进行操作,所以OSCtxSw()一般用汇编语言写成。它将正在运行的任务的CPU的SR寄存器推入堆

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