ARM Cortex-M3嵌入式開發(fā)及應(yīng)用教與學(xué) 課件 第10章 μCOS-II系統(tǒng)與移植

第十章

μC/OS-II系統(tǒng)與移植目錄μC/OS-II系統(tǒng)移植μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置μC/OS-II系統(tǒng)任務(wù)本章小結(jié)本章將介紹嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其在STM32F103RCT6學(xué)習(xí)板上的移植工程，并將闡述μC/OS-II系統(tǒng)配置與裁剪的方法。μC/OS-II是美國Labrosse先生推出的開源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有體積小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和移植能力強(qiáng)的特點(diǎn)。μC/OS-II可以移植到幾乎所有的ARM微控制器上，那些具有一定RAM空間（最好是8kB以上）且具有堆棧操作的微控制器均可成功移植。STM32F103RCT6片上RAM空間為48kB，可以很好地支持μC/OS-II系統(tǒng)。110.1μC/OS-II系統(tǒng)移植23在工程PRJ26的基礎(chǔ)上，新建工程“PRJ27”，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27”目錄下，此時(shí)的工程PRJ27與工程PRJ26完全相同。現(xiàn)在，進(jìn)行下面的設(shè)計(jì)工作：（1）在工程PRJ27工作窗口中，單擊“ManageRun-TimeEnvironment”快捷鈕（“管理運(yùn)行環(huán)境”），或者單擊菜單“Project|Manage|Run-TimeEnvironment...”，將彈出如右圖所示對話框。μC/OS-II系統(tǒng)移植4然后，單擊“OK”按鈕進(jìn)入下圖所示界面。μC/OS-II系統(tǒng)移植5（2）在上圖中左側(cè)的工程管理器中，鼠標(biāo)右鍵單擊“STM32F103RCT6”，在其彈出菜單中單擊“OptionsforTarget‘STM32F103RCT6’...Alt+F7”，進(jìn)入下圖所示對話框，在下圖中選擇“C/C++”選項(xiàng)卡。μC/OS-II系統(tǒng)移植6（3）修改系統(tǒng)啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_hd.s，如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植7（4）修改文件app_cfg.h，如下面的程序段所示。（5）修改includes.h文件，如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植8（6）修改main.c文件，如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植9（7）新建文件strfun.c和strfun.h，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27\USER”下，其代碼如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植10μC/OS-II系統(tǒng)移植11（8）新建文件task01.c和task01.h，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27\USER”目錄下，其代碼如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植12（9）修改exti.c文件中如下面的程序段所示的部分。μC/OS-II系統(tǒng)移植13（10）修改os_cfg.h文件中宏常量“OS_TMR_EN”的值，由0u修改為1u（位于文件的第139行），表示打開系統(tǒng)定時(shí)器模塊。第10.2節(jié)中將詳細(xì)介紹os_cfg.h文件。（11）將文件strfun.c和task01.c添加到工程管理器的“USER”分組下。（12）在bsp.c文件中注釋掉SysTickInit函數(shù)，即“//SysTickInit();”，工程中的systick.c和systick.h文件可以從工程中移除，這是因?yàn)橄到y(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器專用于μC/OS-II操作系統(tǒng)。工程PRJ27是一個(gè)完整的工程，在STM32F103RCT6學(xué)習(xí)板上運(yùn)行時(shí)，LED燈D11每隔1秒閃爍一次（注意：LED燈D9不閃爍，D10的閃爍由通用定時(shí)器2控制），在LCD屏的左上角顯示一行信息“uC/OS-IIVersion:2.9211.”（如果按下按鍵S18或S19蜂鳴器將啟動(dòng)或關(guān)閉），如右圖所示。μC/OS-II系統(tǒng)移植10.2μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置1415本書使用的μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，版本號為V2.92.11，結(jié)合工程PRJ27工作窗口圖可知，μC/OS-II共有16個(gè)系統(tǒng)文件（包括ucos_ii.h），如下表所示。μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置16如果重點(diǎn)關(guān)注μC/OS-II系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，可以只關(guān)心系統(tǒng)配置文件os_cfg.h，通過該文件可對μC/OS-II系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，該文件內(nèi)容如下面的程序段所示。μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置17μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置18μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置19μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置20μC/OS-II系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置下面將os_cfg.h文件中常用的配置宏列在下表中。10.3μC/OS-II系統(tǒng)任務(wù)2122μC/OS-II系統(tǒng)任務(wù)μC/OS-II具有3個(gè)系統(tǒng)任務(wù)，即空閑任務(wù)、統(tǒng)計(jì)任務(wù)和定時(shí)器任務(wù)（注意，定時(shí)器任務(wù)在一些書中被稱為用戶任務(wù)，本書中將定時(shí)器任務(wù)稱為系統(tǒng)任務(wù)）。系統(tǒng)任務(wù)由μC/OS-II內(nèi)核創(chuàng)建；除了系統(tǒng)任務(wù)外，其余任務(wù)由用戶創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)所需要的功能，均被稱為用戶任務(wù)。23空閑任務(wù)空閑任務(wù)是當(dāng)所有其他任務(wù)均沒有使用CPU時(shí)，空閑任務(wù)占用CPU，因此，空閑任務(wù)是μC/OS-II中優(yōu)先級最低的任務(wù)，其優(yōu)先級號固定為OS_LOWEST_PRIO?？臻e任務(wù)實(shí)現(xiàn)的工作為：每執(zhí)行一次空閑任務(wù)，系統(tǒng)全局變量OSIdleCtr自增1；每次空閑任務(wù)的執(zhí)行都將調(diào)用一次鉤子函數(shù)OSTaskIdleHook，用戶可以通過該鉤子函數(shù)擴(kuò)展功能，例如使STM32F103RCT6進(jìn)入低功耗模式。24統(tǒng)計(jì)任務(wù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)用于統(tǒng)計(jì)CPU的使用率和各個(gè)任務(wù)的堆棧使用情況。統(tǒng)計(jì)任務(wù)的優(yōu)先級號固定為OS_LOWEST_PRIO-1，僅比空閑任務(wù)的優(yōu)先級高，對于μC/OS-IIV2.92.11而言，每0.1秒執(zhí)行統(tǒng)計(jì)任務(wù)一次，將統(tǒng)計(jì)這段時(shí)間內(nèi)空閑任務(wù)運(yùn)行的時(shí)間，用OSIdleCtr表示，用該數(shù)值與0.1秒時(shí)間內(nèi)只有空閑任務(wù)運(yùn)行時(shí)的OSIdleCtr的值（用OSIdleCtrMax表示，在OSStatInit函數(shù)中統(tǒng)計(jì)到該值）相比，即得到這0.1秒時(shí)間內(nèi)的CPU空閑率，1減去CPU空閑率的差為CPU使用率。當(dāng)需要查詢某個(gè)任務(wù)的堆棧使用情況時(shí)，必須在創(chuàng)建這個(gè)任務(wù)時(shí)把它的堆棧內(nèi)容全部清0，這樣，統(tǒng)計(jì)任務(wù)在統(tǒng)計(jì)每個(gè)任務(wù)的堆棧使用情況時(shí)，統(tǒng)計(jì)其堆棧中不為0的元素個(gè)數(shù)，該值為其堆棧使用的長度，堆?？傞L度減去前者即得到該任務(wù)的空閑堆?？臻g長度。25統(tǒng)計(jì)任務(wù)當(dāng)程序段10-10的第44行OS_TASK_STAT_EN為1時(shí)，則開啟μC/OS-II統(tǒng)計(jì)任務(wù)功能。此時(shí)需要在第一個(gè)用戶任務(wù)的無限循環(huán)體前面插入語句“OSStatInit();”以初始化統(tǒng)計(jì)任務(wù)，并且要求使用函數(shù)OSTaskCreateExt創(chuàng)建用戶任務(wù)，最后一個(gè)參數(shù)使用“OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR”。統(tǒng)計(jì)任務(wù)可以統(tǒng)計(jì)各個(gè)任務(wù)的CPU占用率以及其堆棧占用情況。一般地，在第一個(gè)用戶任務(wù)中顯示CPU使用率和各個(gè)任務(wù)堆棧占用情況，CPU使用率保存在一個(gè)系統(tǒng)全局變量OSCPUUsage中，其值為0~100的整數(shù)，如果為3，則表示CPU使用率為3%。26統(tǒng)計(jì)任務(wù)當(dāng)查詢某個(gè)任務(wù)的堆棧使用情況時(shí)，需要定義結(jié)構(gòu)體變量類型OS_STK_DATA的變量，然后調(diào)用函數(shù)OSTaskStkChk，該函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)為任務(wù)優(yōu)先級號，第二個(gè)為指向OS_STK_DATA型結(jié)構(gòu)體變量的指針。例如，OS_STK_DATAStkData;OSTaskStkChk(2,&StkData);則將優(yōu)先級號為2的任務(wù)的堆棧使用情況保存在StkData變量中，其中，StkData.OSFree為該任務(wù)空閑的堆棧大小，StkData.OSUsed為該任務(wù)使用的堆棧大小，單位為字節(jié)。27定時(shí)器任務(wù)定時(shí)器任務(wù)由μC/OS-II系統(tǒng)提供，用于創(chuàng)建軟定時(shí)器（或稱系統(tǒng)定時(shí)器）。相對于STM32F103RCT6芯片的硬件定時(shí)器而言，軟定時(shí)器是指μC/OS-II系統(tǒng)提供的軟件定時(shí)器組件，具有和硬件定時(shí)器相似的定時(shí)功能。根據(jù)表10-2所示的配置方式，在后續(xù)的工程中將定時(shí)器任務(wù)的優(yōu)先級號配置為61。程序段10-10中第105行宏定義了常量OS_TMR_CFG_MAX為16，表示最多可以創(chuàng)建16個(gè)軟定時(shí)器。μC/OS-II定時(shí)器任務(wù)可管理的定時(shí)器數(shù)量僅受定時(shí)器數(shù)據(jù)類型的限制，對于16位無符號整型而言，可管理多達(dá)65536個(gè)定時(shí)器。10.4本章小結(jié)2829本章小結(jié)本章詳細(xì)討論了μC/