Qsys與uC/OS-II學(xué)習(xí)筆記4：任務(wù)狀態(tài)與工作機(jī)制

　　前面一個(gè)筆記我們已經(jīng)可以輕松的使用EDS提供的HAL構(gòu)建一個(gè)uC/OS-II的模板工程，在這個(gè)工程里，所有和移植有關(guān)的問(wèn)題都不用我們操心，我們只要放心的去設(shè)計(jì)我們的應(yīng)用程序便可。而一個(gè)最簡(jiǎn)單的uC/OS-II工程也已經(jīng)呈現(xiàn)在我們面前，三個(gè)最基本的步驟就可以完成一個(gè)我們?cè)?jīng)以為多么神奇的操作系統(tǒng)。但是，雖然我們能夠構(gòu)建兩個(gè)最基本的任務(wù)，但說(shuō)實(shí)在話，我們還沒(méi)搞懂它到底如何工作的，依葫蘆畫(huà)瓢沒(méi)有錯(cuò)，若能夠搞清楚它的工作機(jī)理就更好了。

　　先來(lái)回顧一下兩個(gè)task，如下代碼：

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task1(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task1n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task2(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task2n");

　　OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　兩個(gè)task的代碼幾乎如出一轍，他們都有自己的主循環(huán)while(1)，而在while(1)里面都是先打印一串字符，然后調(diào)用uC/OS-II的任務(wù)延時(shí)函數(shù)。在打印結(jié)果上看，task1和task2的打印信息是不斷的交錯(cuò)打印，沒(méi)有哪個(gè)task會(huì)連續(xù)得到打印的機(jī)會(huì)，其奧秘就在于他們的任務(wù)延時(shí)是一致的。關(guān)于任務(wù)延時(shí)這里先不做文章，下篇筆記再詳細(xì)探討，這里我們只做一個(gè)和任務(wù)延時(shí)有關(guān)的小小測(cè)試，將task2的任務(wù)延時(shí)函數(shù)注釋，如下修改task2的函數(shù)：

　　/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */

　　void task2(void* pdata)

　　{

　　while (1)

　　{

　　printf("Hello from task2n");

　　//OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0);

　　}

　　}

　　重新編譯軟件工程，然后在硬件上在線運(yùn)行，此時(shí)我們看到在Console中打印的字符串信息如圖1所示。是不是很出乎我們的意料，沒(méi)錯(cuò)，這個(gè)測(cè)試中我們就是要拿優(yōu)先級(jí)低的task2來(lái)說(shuō)事，在沒(méi)有任務(wù)延時(shí)函數(shù)的task2中，雖然它的優(yōu)先級(jí)沒(méi)有task1高，但它卻一直占有著CPU的控制權(quán)，這到底怎么回事?確實(shí)是任務(wù)延時(shí)函數(shù)在作怪，本筆記先不深入，只要大家先記?。喝蝿?wù)延時(shí)的主要作用便是先把當(dāng)前任務(wù)的CPU控制權(quán)釋放，交給其他的優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)控制。該測(cè)試中，其實(shí)task1只是在剛啟動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候執(zhí)行了一次，然后它調(diào)用任務(wù)延時(shí)函數(shù)將CPU控制權(quán)交出，這一交不要緊，task2就賴著不還了，因?yàn)閠ask2在運(yùn)行過(guò)程中自始至終沒(méi)有調(diào)用任務(wù)延時(shí)，所以它將一直占用著CPU，當(dāng)然了，這種狀況可不是我們希望看到的。

　　圖1

　　當(dāng)前兩個(gè)task，每個(gè)task通常也都要有自己的while(1)，如同大多數(shù)裸奔的MCU一樣，這又是為什么?裸奔著的MCU通常都只有一個(gè)main函數(shù)中的while(1)控制著CPU的使用權(quán)，CPU的寄存器也供它獨(dú)享。而uC/OS-II卻要改變這一狀況，如圖2所示，每個(gè)任務(wù)都有自己的堆棧和任務(wù)控制塊，而CPU的控制權(quán)通常是輪流著使用的，話說(shuō)“風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)”嘛，也有這么點(diǎn)味道。當(dāng)某個(gè)任務(wù)占用CPU使用權(quán)時(shí)，CPU的寄存器自然也是它獨(dú)自享用，它可以將當(dāng)前堆棧里面的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)搬移到CPU寄存器中執(zhí)行，而其他的任務(wù)無(wú)論在此之前處于何種狀態(tài)，都要把他們的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中他們自家的堆棧中;一旦當(dāng)前任務(wù)完成工作或者因?yàn)槟撤N系統(tǒng)允許的任務(wù)切換情況出現(xiàn)，那么它就得乖乖的交出CPU使用權(quán)，把CPU寄存器中的當(dāng)前數(shù)據(jù)搬回到自己的堆棧中。到底何時(shí)切換任務(wù)，何時(shí)搶占任務(wù)，這都由每個(gè)任務(wù)自己的任務(wù)控制塊把持著，他們不會(huì)越權(quán)搶占別人的CPU控制權(quán)，當(dāng)然也不會(huì)允許他人隨意的搶走屬于自己的CPU控制權(quán)。uC/OS-II內(nèi)部的任務(wù)切換說(shuō)白了就是CPU控制權(quán)的切換以及相應(yīng)的入棧出棧操作，但是這其中涉及到的諸如任務(wù)優(yōu)先權(quán)的輪換或者說(shuō)任務(wù)仲裁等問(wèn)題的處理機(jī)制就是非常體現(xiàn)功力的地方，后續(xù)有機(jī)會(huì)也要好好探討下這方面的議題。

　　圖2

　　前面我們談到任務(wù)的切換，在同一時(shí)刻不同的任務(wù)都處于不同的狀態(tài)，運(yùn)行著的任務(wù)肯定只有一個(gè)，那么其他任務(wù)的狀態(tài)都如何?如圖3所示，uC/OS-II把任務(wù)的狀態(tài)劃分為5種：即睡眠態(tài)任務(wù)、就緒態(tài)任務(wù)、運(yùn)行態(tài)任務(wù)、被中斷態(tài)任務(wù)和等待狀態(tài)任務(wù)。這里我們先簡(jiǎn)單的將這5種狀態(tài)羅列，并沒(méi)有將他們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意處理，但各個(gè)不同狀態(tài)之間的變化也都是通過(guò)一定的事件觸發(fā)或者函數(shù)調(diào)用引起的。

　　圖3

　　作者原著的《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II》一書(shū)中對(duì)這5種狀態(tài)有如下描述：就緒態(tài)意味著任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以運(yùn)行，但由于該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)比正在運(yùn)行的任務(wù)優(yōu)先級(jí)低，還暫時(shí)不能運(yùn)行;運(yùn)行態(tài)是指任務(wù)掌握了CPU的使用權(quán)，正在運(yùn)行;掛起態(tài)也稱作等待狀態(tài)任務(wù)，指任務(wù)在等待某一事件的發(fā)生(例如等待某外設(shè)I/O操作，等待某共享資源由暫不能使用變成能使用狀態(tài)，等待定時(shí)脈沖的到來(lái)，或等待超時(shí)信號(hào)的到來(lái)以結(jié)束目前的等待，等等);發(fā)生中斷時(shí)，CPU提供相應(yīng)的中斷服務(wù)，原來(lái)正在運(yùn)行的任務(wù)暫不能運(yùn)行，就進(jìn)入了被中斷任務(wù)。

　　就拿我們前面列舉的實(shí)例來(lái)講，當(dāng)task1運(yùn)行時(shí)，它處于運(yùn)行態(tài)，task2就處于就緒態(tài)。而其他幾種狀態(tài)我們暫時(shí)還沒(méi)有接觸，后面遇到了再逐一談?wù)摗?/p>