μC／OS-III的內(nèi)核對(duì)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(chǎng)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(duì)微處理器的要求低等。本文對(duì)μC／OS-III的內(nèi)核對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞：μC／OS-III；μC／OS-III內(nèi)核對(duì)象；信號(hào)量；消息隊(duì)列；事件標(biāo)志組

引言
近年來(lái)，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(lái)越重要作用。μC／OS系列主要面向于對(duì)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(duì)象相對(duì)于μC／OS-II有著較大的改變。其內(nèi)核對(duì)象的結(jié)構(gòu)更加完善。各內(nèi)核對(duì)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(hào)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(duì)象的解析
1．1 信號(hào)量
信號(hào)量常用于任務(wù)間的同步和互斥。創(chuàng)建信號(hào)量的前提條件是分配一個(gè)OS_SEM類型的結(jié)構(gòu)體，信號(hào)量的信息均存儲(chǔ)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(shí)別該信號(hào)量。

其參數(shù)分別為OS_SEM結(jié)構(gòu)體地址、信號(hào)量名、初始信號(hào)量計(jì)數(shù)值、錯(cuò)誤代號(hào)。
任務(wù)可調(diào)用OSSemPcnd()等待該信號(hào)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(hào)量失效模式、時(shí)間戳、錯(cuò)誤代號(hào)。
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(duì)信號(hào)量的等待期為所設(shè)置的值。如果為0，則任務(wù)無(wú)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(hào)量的到來(lái)。
信號(hào)量失效模式：若該任務(wù)所等待的信號(hào)量無(wú)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(hào)且任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。
有關(guān)信號(hào)量的函數(shù)：
信號(hào)量提交OSSemPend()
信號(hào)量刪除 OSSemDel()
取消另一個(gè)任務(wù)等待信號(hào)量 OSSemPendAbort()
設(shè)置信號(hào)量計(jì)數(shù)值 OSSemSet()
信號(hào)量中還包括互斥信號(hào)量MUTEX，其結(jié)構(gòu)與普通的信號(hào)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(hào)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(chǔ)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(chǔ)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(huì)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(shí)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(hào)。
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(hào)。
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(hào)。
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(hào)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(jiǎn)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(hào)。
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(hào)。
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(hào)。
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(hào)量、消息隊(duì)列、事件標(biāo)志組實(shí)現(xiàn)。信號(hào)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(lái)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。