UC/OS II多任務(wù)機(jī)制

前面已經(jīng)說過，uC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的可搶先的多任務(wù)內(nèi)核。那么，它的多任務(wù)機(jī)制到底如何實(shí)現(xiàn)的呢?了解這些原理，可以幫助我們寫出更加健壯的代碼來。

首先我們來看看為什么多任務(wù)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)?其實(shí)在單一CPU的情況下，是不存在真正的多任務(wù)機(jī)制的，存在的只有不同的任務(wù)輪流使用CPU，所以本質(zhì)上還是單任務(wù)的。但由于CPU執(zhí)行速度非?？?，加上任務(wù)切換十分頻繁并且切換的很快，所以我們感覺好像有很多任務(wù)同時(shí)在運(yùn)行一樣。這就是所謂的多任務(wù)機(jī)制。

由上面的描述，不難發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制，那么目標(biāo)CPU必須具備一種在運(yùn)行期更改PC的途徑，否則無法做到切換。不幸的使，直接設(shè)置PC指針，目前還沒有哪個(gè)CPU支持這樣的指令。但是一般CPU都允許通過類似JMP，CALL這樣的指令來間接的修改PC。我們的多任務(wù)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)也正是基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)。事實(shí)上，我們使用CALL指令或者軟中斷指令來修改PC，主要是軟中斷。

回想一下你在微機(jī)原理課程上學(xué)過的知識，當(dāng)發(fā)生中斷的時(shí)候，CPU保存當(dāng)前的PC和狀態(tài)寄存器的值到堆棧里，然后將PC設(shè)置為中斷服務(wù)程序的入口地址，再下來一個(gè)機(jī)器周期，就可以去執(zhí)行中斷服務(wù)程序了。執(zhí)行完畢之后，一般都是執(zhí)行一條RETI指令，這條指令會把當(dāng)前堆棧里的值彈出恢復(fù)到狀態(tài)寄存器和PC里。這樣，系統(tǒng)就會回到中斷以前的地方繼續(xù)執(zhí)行了。那么設(shè)想一下?如果再中斷的時(shí)候，人為的更改了堆棧里的值，那會發(fā)生什么?或者通過更改當(dāng)前堆棧指針的值，又會發(fā)生什么呢?如果更改是隨意的，那么結(jié)果是無法預(yù)料的錯(cuò)誤。因?yàn)槲覀儫o法確定機(jī)器下一條會執(zhí)行些什么指令，但是如果更改是計(jì)劃好的，按照一定規(guī)則的話，那么我們就可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制。事實(shí)上，這就是目前幾乎所有的OS的核心部分。不過他們的實(shí)現(xiàn)不像這樣簡單罷了。

下面，我們來看看uC/OS-II再這方面是怎么處理的。在uC/OS-II里，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)控制塊(Task Control Block)，這是一個(gè)比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在任務(wù)控制快的偏移為0的地方，存儲著一個(gè)指針，它記錄了所屬任務(wù)的專用堆棧地址。事實(shí)上，再uC/OS-II內(nèi)，每個(gè)任務(wù)都有自己的專用堆棧，彼此之間不能侵犯。這點(diǎn)要求程序員再他們的程序中保證。一般的做法是把他們申明成靜態(tài)數(shù)組。而且要申明成OS_STK類型。當(dāng)任務(wù)有了自己的堆棧，那么就可以將每一個(gè)任務(wù)堆棧再那里記錄到前面談到的任務(wù)控制快偏移為0的地方。以后每當(dāng)發(fā)生任務(wù)切換，系統(tǒng)必然會先進(jìn)入一個(gè)中斷，這一般是通過軟中斷或者時(shí)鐘中斷實(shí)現(xiàn)。然后系統(tǒng)會先把當(dāng)前任務(wù)的堆棧地址保存起來，僅接著恢復(fù)要切換的任務(wù)的堆棧地址。由于哪個(gè)任務(wù)的堆棧里一定也存的是地址(還記得我們前面說過的，每當(dāng)發(fā)生任務(wù)切換，系統(tǒng)必然會先進(jìn)入一個(gè)中斷，而一旦中斷CPU就會把地址壓入堆棧)，這樣，就達(dá)到了修改PC為下一個(gè)任務(wù)的地址的目的。