UCOS任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)原理

本文主要講解ucos如何實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度，調(diào)度過(guò)程中主要涉及到的函數(shù)和知識(shí)點(diǎn)。

ucos是一種嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其高度可靠性、魯棒性和安全性，得到美國(guó)宇航局的認(rèn)證。已經(jīng)廣泛使用在從照相機(jī)到航空電子產(chǎn)品的各種應(yīng)用中。為了更好的了解UCOS的任務(wù)調(diào)度原理，本文從代碼進(jìn)行分析。

UCOS能實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度是采用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于STM32其使用了SysTick定時(shí)器，用它來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)的時(shí)基，維持系統(tǒng)的“心跳”。對(duì)于SysTick定時(shí)器的初始化是在main函數(shù)中OS_CPU_SysTickInit()完成，它的代碼如下：

void OS_CPU_SysTickInit (void)

{

    INT32U  cnts;

    cnts =OS_CPU_SysTickClkFreq() / OS_TICKS_PER_SEC;

   OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD = (cnts - 1);

   OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL |= OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC |OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE;

   OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL  |=OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN;

}

這個(gè)函數(shù)主要是完成了SysTick計(jì)時(shí)器的初始化，首先利用OS_CPU_SysTickClkFreq()獲取系統(tǒng)的頻率，根據(jù)OS_TICKS_PER_SEC，也就是每秒鐘的心跳數(shù)（中斷次數(shù)），得到定時(shí)器需要設(shè)定的每次中斷的計(jì)時(shí)數(shù)，最后調(diào)用相關(guān)的寄存器設(shè)置宏來(lái)初始化定時(shí)器。這些宏的具體定義大家可以通過(guò)源碼直接查看（關(guān)注公眾號(hào)，回復(fù)ucos即可獲取，在keil下編譯后在指定變量上右擊查看定義即可）。

OS_CPU_SysTickClkFreq()函數(shù)主要獲取硬件頻率，代碼如下：

INT32U OS_CPU_SysTickClkFreq (void)

{

    INT32U  freq;

    freq =BSP_CPU_ClkFreq();

    return(freq);

}

這里調(diào)用了BSP_CPU_ClkFreq()來(lái)獲取頻率，其代碼為：

CPU_INT32U BSP_CPU_ClkFreq (void)

{

   RCC_ClocksTypeDef  rcc_clocks;

   RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);

    return((CPU_INT32U)rcc_clocks.HCLK_Frequency);

}

RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks)這個(gè)函數(shù)是stm32固件庫(kù)中的函數(shù)，具體代碼大家可以看一下，它可以返回系統(tǒng)的硬件頻率。

設(shè)定好定時(shí)器后，stm32便可以產(chǎn)生定時(shí)中斷了，中斷調(diào)用中斷函數(shù)OS_CPU_SysTickHandler ()來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度。其在verter.s中設(shè)定，這部分涉及到stm32硬件相關(guān)知識(shí)暫不講解。代碼如下

void OS_CPU_SysTickHandler (void)

{

   OS_CPU_SR  cpu_sr;

   OS_ENTER_CRITICAL();

   OSIntNesting++;

   OS_EXIT_CRITICAL();

   OSTimeTick();

   OSIntExit();

}

這里首先定義了一個(gè)OS_CPU_SR變量，用于接受PRIMASK中斷屏蔽寄存器的值。然后調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL()進(jìn)入臨界段，所謂臨界段就是系統(tǒng)不希望被其他中斷打擾（NMI和硬fault除外，具體功能大家查一下手冊(cè)），然后將OSIntNesting（表示中斷嵌套的層數(shù)）加1，執(zhí)行完之后便退出臨界段，臨界段所處的時(shí)間越短越好，太長(zhǎng)時(shí)間將會(huì)影響到其他中斷的響應(yīng)，對(duì)實(shí)時(shí)性不利，同樣其他不希望被中斷打擾一切操作都可以用這兩個(gè)函數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。接著便調(diào)用OSTimeTick()和OSIntExit()完成這次任務(wù)調(diào)度，這兩個(gè)函數(shù)下次講解。

先看一下OS_ENTER_CRITICAL()，代碼如下

#define OS_ENTER_CRITICAL()  {cpu_sr =OS_CPU_SR_Save();}

這是一個(gè)宏定義，調(diào)用了OS_CPU_SR_Save()，其是一個(gè)匯編程序，如下

OS_CPU_SR_Save

    MRS     R0, PRIMASK

    CPSID   I

    BX      LR

這里將PRIMASK存入R0，然后關(guān)閉總中斷，跳回原來(lái)函數(shù)，這樣就進(jìn)入了臨界段，不會(huì)有其他中斷打擾。PRIMASK在手冊(cè)中解釋為這個(gè)寄存器只有一個(gè)位，置1后，將關(guān)閉所有可屏蔽中斷的異常，只剩NMI和硬fault，默認(rèn)值為0。

R0是什么，就是調(diào)用函數(shù)傳進(jìn)來(lái)的第一個(gè)參數(shù)，也就是cpu_sr。在匯編中R0~R3會(huì)依次接受傳進(jìn)來(lái)的不多于4個(gè)參數(shù)，再多的話建議采用指針或者堆棧。

OS_EXIT_CRITICAL()，代碼如下

#define OS_EXIT_CRITICAL()  {OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr);}

也是一個(gè)宏定義，和上述一樣，OS_CPU_SR_Restore(cpu_sr)是一個(gè)匯編程序：

OS_CPU_SR_Restore

    MSR     PRIMASK, R0

    BX      LR

將cpu_sr中的值恢復(fù)，然后返回。

為了大家更加清楚的了解ucos工作機(jī)制，這里對(duì)源碼進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的地方就沒(méi)有進(jìn)行解釋，比如變量定義。還有些調(diào)用庫(kù)函數(shù)的語(yǔ)句也沒(méi)有解釋，這是stm32部分的相關(guān)知識(shí)，為了盡量把多的空間放在ucos上所以就不再進(jìn)行詳細(xì)講解，大家可以到網(wǎng)上查看這些代碼的具體意思。