uC/OS-II的任務(wù)切換機(jī)理及中斷調(diào)度優(yōu)化

時(shí)間：2023-05-01 08:09:23 計(jì)算機(jī)論文我要投稿

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摘要：μC/OS-II是一種適用于嵌入式系統(tǒng)的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，開放源代碼，便于學(xué)習(xí)和使用。介紹μC/OS-II在任務(wù)級(jí)和中斷級(jí)的任務(wù)切換原理，以及這一操作系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)的對(duì)于中斷的處理；相對(duì)于內(nèi)存資源較少的單片機(jī)，著重討論一種優(yōu)化的實(shí)用堆棧格式和切換形式，以提高資源的利用率；結(jié)合MSP430單片機(jī)，做具體的分析。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) μC/OS MSP430 中斷堆棧

引言

　　在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，由Jean J. Labrosse開發(fā)的μC/OS，由于開放源代碼和強(qiáng)大而穩(wěn)定的功能，曾經(jīng)一度在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域引起強(qiáng)烈反響。而其本人也早已成為了嵌入式系統(tǒng)會(huì)議（美國）的顧問委員會(huì)的成員。

　　不管是對(duì)于初學(xué)者，還是有經(jīng)驗(yàn)的工程師，μC/OS開放源代碼的方式使其不但知其然，還知其所以然。通過對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入了解，能更加方便地進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試；并且在這種條件下，完全可以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理的裁減、擴(kuò)充、配置和移植。通常，購買RTOS往往需要一大筆資金，使得一般的學(xué)習(xí)者望而卻步；而μC/OS對(duì)于學(xué)校研究完全免費(fèi)，只有在應(yīng)用于盈利項(xiàng)目時(shí)才需要支付少量的版權(quán)費(fèi)，特別適合一般使用者的學(xué)習(xí)、研究和開發(fā)。自1992第1版問世以來，已有成千上萬的開發(fā)者把它成功地應(yīng)用于各種系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到認(rèn)證，現(xiàn)已經(jīng)通過美國FAA認(rèn)證。

1 μC/OS-II的幾大組成部分

　　μC/OS-II可以大致分成核心、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信，CPU的移植等5個(gè)部分。

　　核心部分(OSCore.c) 是操作系統(tǒng)的處理核心，包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行、中斷進(jìn)出的前導(dǎo)、時(shí)鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分。能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。

　　任務(wù)處理部分(OSTask.c) 任務(wù)處理部分中的內(nèi)容都是與任務(wù)的操作密切相關(guān)的。包括任務(wù)的建立、刪除、掛起、恢復(fù)等等。因?yàn)棣藽/OS-II是以任務(wù)為基本單位調(diào)度的，所以這部分內(nèi)容也相當(dāng)重要。

　　時(shí)鐘部分(OSTime.c) μC/OS-II中的最小時(shí)鐘單位是timetick（時(shí)鐘節(jié)拍）。任務(wù)延時(shí)等操作是在這里完成的。

　　任務(wù)同步和通信部分為事件處理部分，包括信號(hào)量、郵箱、郵箱隊(duì)列、事件標(biāo)志等部分；主要用于任務(wù)間的互相聯(lián)系和對(duì)臨界資源的訪問。

　　與CPU的接口部分是指μC/OS-II針對(duì)所使用的CPU的移植部分。由于μC/OS-II是一個(gè)通用性的操作系統(tǒng)，所以對(duì)于關(guān)鍵問題上的實(shí)現(xiàn)，還是需要根據(jù)具體CPU的具體內(nèi)容和要求作相應(yīng)的移植。這部分內(nèi)容由于牽涉到SP等系統(tǒng)指針，所以通常用匯編語言編寫。主要包括中斷級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、任務(wù)級(jí)任務(wù)切換的底層實(shí)現(xiàn)、時(shí)鐘節(jié)拍的產(chǎn)生和處理、中斷的相關(guān)處理部分等內(nèi)容。

2 對(duì)于MSP430的中斷處理

2.1 函數(shù)調(diào)用和中斷調(diào)用的操作

　　MSP430最常使用的C編譯器應(yīng)該就是IAR Embedd-ed WorkBench。對(duì)于這一編譯器來說，通過分析和研究，發(fā)現(xiàn)它有以下規(guī)律。

(1)函數(shù)調(diào)用

　　如果是函數(shù)級(jí)調(diào)用，編譯器會(huì)在函數(shù)調(diào)用時(shí)先把當(dāng)前函數(shù)PC壓棧，然后調(diào)用函數(shù)，PC值改變。

如果被調(diào)用的函數(shù)帶有參

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