嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ面向數控系統(tǒng)的改進
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(2)全局變量。因為函數內部的局部變量是分配在堆棧中的，直接處理方式不形成任務，沒有自己的堆棧，如果使用局部變量，其局部變量會分配在被中斷任務的堆棧內，所以在該方式下任務應使用全局變量。用戶在設計搶占式任務時要有一定限制，否則會影響系統(tǒng)的響應時間。具體限制如下：第一，數量不能太多，最好小于等于3個；第二，必須是執(zhí)行時間短，執(zhí)行頻率高的任務才能被設為搶占式任務。
3 需要修改的內核數據和函數
3．1 任務控制塊的修改
(1)修改OSTCBDly的含義。在μC／OS-Ⅱ中，OSTCBDly表示任務延時的時鐘節(jié)拍數，或者任務掛起時的超時時鐘節(jié)拍數。如果這個變量為0，則表示任務不延時，或者表示等待事件發(fā)生的時間沒有限制，修改后，OSTCBDly描述任務自運行的周期數，其計算公式如式(1)所示。若該項為零，任務為信號觸發(fā)的隨機任務。
(2)在TCB增加一項OSTCBDlyD作為任務自運行周期動態(tài)值。
INT16UOSTCBDlyD； ／*任務自運行周期動態(tài)值*／其中，OSTCBDlyD是任務等待運行時間的動態(tài)值。若任務在等待態(tài)，其初值為OSTCBD-ly；若任務為掛起態(tài)，其初值為超時限制值。系統(tǒng)時鐘處理函數OSTimeTick()對OSTCBDlyD減1，當OSTCBDlyD小于0時，則將該任務放入就緒隊列。
(3)增加OSTCBStat的取值。OSTCBStat是任務的狀態(tài)字。由于增加了停止態(tài)和等待態(tài)兩種任務狀態(tài)，因此需要增加OSTCBStat的取值，具體修改是在文件μCOS_II．H中增加下面信息。
#define OS_STAT_wAIT 0x40 ／／任務狀態(tài)字為等待態(tài)
#define OS_STAT_STOP 0x80 ／／任務狀態(tài)字為停止態(tài)
3．2 時鐘節(jié)拍函數的OSTimeTick()修改
通過TCB數組掃描全部TCB，根據OSTCBStat的值做不同處理，具體處理如下：
就緒態(tài)的任務，OSTCBDlyD--，若有超時，則進行超時處理。
掛起態(tài)的任務，OSTCBDlyD--，若有超時，則將其插入就緒表。
等待態(tài)的任務，OSTCBDlyD--，若到時，則將其加入就緒表。
運行態(tài)的任務和停止態(tài)的任務，不做處理。
3．3 增加函數OSTaskEndDeal()
當前任務的函數運行完返回時，調用函數OSTaskEndDeal()，該函數完成工作：首先調用OSTaskStkInit()將該任務的堆棧初始化；然后判斷任務是否為最低優(yōu)先級任務，若是，則保持該任務在就緒態(tài)，這樣做的目的是使最低優(yōu)先級任務始終處于就緒態(tài)，就緒表不會為空。若否，則根據OSTCBCUR→OSTCBDly決定任務該插入哪個隊列，該值等于零，任務進入停止狀態(tài)；
不等于零，任務進入等待狀態(tài)。最后，調用OSStart()選擇新任務運行。
3．4 搶占式任務的實現(xiàn)
搶占式任務的設計需要根據實際情況做處理，這里以數控系統(tǒng)中的插補控制為例介紹搶占式任務的實現(xiàn)。
3．4．1 插補控制任務的功能
插補控制任務是根據加工命令和當前點的位置，實時計算各坐標軸運動的位移和方向。插補時需要用一個定時器作為插補速度的控制，每次定時中斷觸發(fā)一步插補運算和輸出，當插補到終點，定時器停止，插補完成。
3．4．2 插補控制任務的實現(xiàn)
(1)選擇一個硬件定時器作為插補專用定時器，將插補任務的代碼放入該硬件定時器的中斷服務程序中。
(2)為該中斷設置一組專用的寄存器組，以減少中斷環(huán)境保存和恢復的時間。
(3)將需要執(zhí)行插補任務的當前位置值和加工命令(如：加工曲線線形、終點值)等信息定義成全局變量，以便與其他任務實現(xiàn)快速的信息交互。
(4)插補控制任務的啟動。根據插補速度設定定時器初值，初始化插補所用的全局變量，啟動定時器。
4 基于改進后的μC／OS-Ⅱ的數控機床執(zhí)行控制器的軟件設計
數控機床系統(tǒng)采用兩級結構。上位機由專用軟件IPC構成，用于實現(xiàn)人機交互；下位機由C8051020及其外圍電路的嵌入式執(zhí)行控制器構成，負責實時、可靠的控制。嵌入式執(zhí)行控制器軟件基于改進后的μC／OS-Ⅱ設計，主要包括下面一些功能：與IPC的通信(發(fā)送任務和接受任務)、命令解釋(命令解釋任務)和命令執(zhí)行(加工監(jiān)控任務、插補計算任務、間隙電壓檢測和限位開關狀態(tài)檢測任務)。其中，通信有發(fā)送和接收兩方面內容；命令解釋時，對開關量控制命令直接執(zhí)行；命令執(zhí)行中需要進行插補計算、檢測間隙電壓和限位開關狀態(tài)及加工監(jiān)測。各任務具體設計如表1所示。
5 結語
本文根據數控系統(tǒng)任務特點，對μC／OS-Ⅱ的任務劃分和任務調度做了改進，更加方便數控系統(tǒng)任務的在μC／OS-Ⅱ上的添加，同時也便于μC／OS-Ⅱ對不同任務的管理。搶占式任務減少了任務切換花費的時間，并提高了硬件資源的利用率，但應注意搶占式任務的數量不能過多，最好小于等于3個，否則會影響OS正常運行。改進后的內核已應用到了實際項目中，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
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