第十章

μC/OS-II系統與移植目錄μC/OS-II系統移植μC/OS-II系統結構與配置μC/OS-II系統任務本章小結本章將介紹嵌入式實時操作系統μC/OS-II的系統結構及其在STM32F103RCT6學習板上的移植工程，并將闡述μC/OS-II系統配置與裁剪的方法。μC/OS-II是美國Labrosse先生推出的開源嵌入式實時操作系統，具有體積小、實時性強和移植能力強的特點。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。110.1μC/OS-II系統移植23在工程PRJ26的基礎上，新建工程“PRJ27”，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ27”目錄下，此時的工程PRJ27與工程PRJ26完全相同。現在，進行下面的設計工作：（1）在工程PRJ27工作窗口中，單擊“ManageRun-TimeEnvironment”快捷鈕（“管理運行環境”），或者單擊菜單“Project|Manage|Run-TimeEnvironment...”，將彈出如右圖所示對話框。μC/OS-II系統移植4然后，單擊“OK”按鈕進入下圖所示界面。μC/OS-II系統移植5（2）在上圖中左側的工程管理器中，鼠標右鍵單擊“STM32F103RCT6”，在其彈出菜單中單擊“OptionsforTarget‘STM32F103RCT6’...Alt+F7”，進入下圖所示對話框，在下圖中選擇“C/C++”選項卡。μC/OS-II系統移植6（3）修改系統啟動文件startup_stm32f10x_hd.s，如下面的程序段所示。μC/OS-II系統移植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系統移植8（6）修改main.c文件，如下面的程序段所示。μC/OS-II系統移植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系統移植10μC/OS-II系統移植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），表示打開系統定時器模塊。第10.2節中將詳細介紹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，即“//SysTickInit();”，工程中的systick.c和systick.h文件可以從工程中移除，這是因為系統節拍定時器專用于μC/OS-II操作系統。工程PRJ27是一個完整的工程，在STM32F103RCT6學習板上運行時，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蜂鳴器將啟動或關閉），如右圖所示。μC/OS-II系統移植10.2μC/OS-II系統結構與配置1415本書使用的μC/OS-II嵌入式實時操作系統，版本號為V2.92.11，結合工程PRJ27工作窗口圖可知，μC/OS-II共有16個系統文件（包括ucos_ii.h），如下表所示。μC/OS-II系統結構與配置16如果重點關注μC/OS-II系統的應用程序設計，可以只關心系統配置文件os_cfg.h，通過該文件可對μC/OS-II系統進行裁剪，該文件內容如下面的程序段所示。μC/OS-II系統結構與配置17μC/OS-II系統結構與配置18μC/OS-II系統結構與配置19μC/OS-II系統結構與配置20μC/OS-II系統結構與配置下面將os_cfg.h文件中常用的配置宏列在下表中。10.3μC/OS-II系統任務2122μC/OS-II系統任務μC/OS-II具有3個系統任務，即空閑任務、統計任務和定時器任務（注意，定時器任務在一些書中被稱為用戶任務，本書中將定時器任務稱為系統任務）。系統任務由μC/OS-II內核創建；除了系統任務外，其余任務由用戶創建，實現所需要的功能，均被稱為用戶任務。23空閑任務空閑任務是當所有其他任務均沒有使用CPU時，空閑任務占用CPU，因此，空閑任務是μC/OS-II中優先級最低的任務，其優先級號固定為OS_LOWEST_PRIO。空閑任務實現的工作為：每執行一次空閑任務，系統全局變量OSIdleCtr自增1；每次空閑任務的執行都將調用一次鉤子函數OSTaskIdleHook，用戶可以通過該鉤子函數擴展功能，例如使STM32F103RCT6進入低功耗模式。24統計任務統計任務用于統計CPU的使用率和各個任務的堆棧使用情況。統計任務的優先級號固定為OS_LOWEST_PRIO-1，僅比空閑任務的優先級高，對于μC/OS-IIV2.92.11而言，每0.1秒執行統計任務一次，將統計這段時間內空閑任務運行的時間，用OSIdleCtr表示，用該數值與0.1秒時間內只有空閑任務運行時的OSIdleCtr的值（用OSIdleCtrMax表示，在OSStatInit函數中統計到該值）相比，即得到這0.1秒時間內的CPU空閑率，1減去CPU空閑率的差為CPU使用率。當需要查詢某個任務的堆棧使用情況時，必須在創建這個任務時把它的堆棧內容全部清0，這樣，統計任務在統計每個任務的堆棧使用情況時，統計其堆棧中不為0的元素個數，該值為其堆棧使用的長度，堆棧總長度減去前者即得到該任務的空閑堆棧空間長度。25統計任務當程序段10-10的第44行OS_TASK_STAT_EN為1時，則開啟μC/OS-II統計任務功能。此時需要在第一個用戶任務的無限循環體前面插入語句“OSStatInit();”以初始化統計任務，并且要求使用函數OSTaskCreateExt創建用戶任務，最后一個參數使用“OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR”。統計任務可以統計各個任務的CPU占用率以及其堆棧占用情況。一般地，在第一個用戶任務中顯示CPU使用率和各個任務堆棧占用情況，CPU使用率保存在一個系統全局變量OSCPUUsage中，其值為0~100的整數，如果為3，則表示CPU使用率為3%。26統計任務當查詢某個任務的堆棧使用情況時，需要定義結構體變量類型OS_STK_DATA的變量，然后調用函數OSTaskStkChk，該函數有兩個參數，第一個為任務優先級號，第二個為指向OS_STK_DATA型結構體變量的指針。例如，OS_STK_DATAStkData;OSTaskStkChk(2,&StkData);則將優先級號為2的任務的堆棧使用情況保存在StkData變量中，其中，StkData.OSFree為該任務空閑的堆棧大小，StkData.OSUsed為該任務使用的堆棧大小，單位為字節。27定時器任務定時器任務由μC/OS-II系統提供，用于創建軟定時器（或稱系統定時器）。相對于STM32F103RCT6芯片的硬件定時器而言，軟定時器是指μC/OS-II系統提供的軟件定時器組件，具有和硬件定時器相似的定時功能。根據表10-2所示的配置方式，在后續的工程中將定時器任務的優先級號配置為61。程序段10-10中第105行宏定義了常量OS_TMR_CFG_MAX為16，表示最多可以創建16個軟定時器。μC/OS-II定時器任務可管理的定時器數量僅受定時器數據類型的限制，對于16位無符號整型而言，可管理多達65536個定時器。10.4本章小結2829本章小結本章詳細討論了μC/OS-II系統移植到STM32F103RCT6硬件平臺的工程框架，并闡述了μC/OS-II系統的文件結構和裁剪系統內核組件的配置文件內容，最后，介紹了μC/OS-II系統的三個系統任務及其作用。本章給出的工程PRJ27是一個完整的可執行工程，但是只有一個用戶任務，下一章將在工程PRJ27的基礎上，添加更多的用戶任務，并深入闡述多任務的工程實例的工作原理。thankyouARMCortex-M3嵌入式控制技術

——基于STM32F103RCT6

嵌入式實時操作系統μC/OS-II第十一章

μC/OS-II任務管理

本章將介紹μC/OS-II任務管理相關的系統函數及其應用方法，并將深入剖析多任務的工程實例及其工作原理，然后，還將介紹統計任務的作用和系統定時器的創建方法。

本章的學習目標：

了解統計任務的用法；

熟悉μC/OS-II用戶任務相關的系統函數；

掌握μC/OS-II用戶任務的創建方法；

熟練應用庫函數方法創建多任務工程。

1μC/OS-II用戶任務2μC/OS-II多任務工程實例3

統計任務實例4系統定時器11.1μC/OS-II用戶任務相對于系統任務而言，μC/OS-II應用程序中用戶創建的任務，稱為用戶任務，每個用戶任務都在周期性地執行著某項工作，或請求到事件后執行相應的功能。用戶任務的特點如下：（1）用戶任務對應的函數是一個帶有無限循環體的函數，由于具有無限循環體，故該類函數沒有返回值。（2）用戶任務對應的函數具有一個“void*”類型的指針參數，該類型指針可以指向任何類型的數據，通過該指針在任務創建時向任務傳遞一些數據，這種傳遞只能發生一次，即創建任務的時候，一旦任務開始工作，就無法再通過函數參數向任務傳遞數據了。（3）每個用戶任務具有唯一的優先級號，取值范圍為0~OS_LOWEST_PRIO-3（OS_LOWEST_PRIO為os_cfg.h中宏定義的常量，最大值為254），一般地，系統的空閑任務優先級號為OS_LOWEST_PRIO，統計任務的優先級號為OS_LOWEST_PRIO-1，定時器任務的優先級號常設定為OS_LOWEST_PRIO-2。此外，需要為優先級繼承優先級留出優先級號，所以，用戶任務的優先級號一般為5~OS_LOWEST_PRIO-3。在基于STM32F103RCT6的工程中，OS_LOWEST_PRIO被宏定義為63（參考表10-2和程序段10-10的os_cfg.h文件），定時器任務的優先級號為61，因此，用戶任務的優先級號的取值范圍為5~60。（4）每個用戶任務具有獨立的堆棧，使用OS_STK類型定義堆棧，堆棧數組的大小一般要在50（即200字節）以上。函數原型功能INT8UOSTaskCreate(void(*task)(void*p_arg),

void*p_arg,OS_STK*ptos,INT8Uprio);創建一個任務。4個參數的含義依次為：用戶任務對應的函數名、函數參數、任務堆棧、任務優先級。可以在啟動多任務前創建任務，也可在一個已經運行的任務中創建新的任務，但不能在中斷服務程序中創建任務。任務函數必須包含無限循環體，且必須調用OSMboxPend、OSFlagPend、OSMutexPend、OSQPend、OSSemPend、OSTimeDly、OSTimeDlyHMSM、OSTaskSuspend和OSTaskDel中的一個，用于實現任務調度。任務優先級不應取為0~4，并且不能取為OS_LOWEST_PRIO-1~OS_LOWEST_PRIOINT8UOSTaskCreateExt(void(*task)(void*p_arg),

void*p_arg,OS_STK*ptos,INT8Uprio,INT16Uid,OS_STK*pbos,

INT32Ustk_size,void*pext,INT16Uopt);與OSTaskCreate作用相同，用于創建一個任務。該函數的前4個參數與OSTaskCreate相同，增加了表示任務ID號、任務堆棧棧底、任務堆棧大小、用戶定義的任務外部空間指針和任務創建選項等參數。如果要對任務的堆棧進行檢查，必須使用該函數創建任務，且opt應設置為“OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR”，本書中實例全部使用該函數創建用戶任務INT8UOSTaskDel(INT8Uprio);通過指定任務優先級或OS_PRIO_SELF刪除一個任務或調用該函數的任務自己。被刪除的任務進入休眠態，調用OSTaskCreate或OSTaskCreateExt可再次激活它（中斷服務程序不能調用該函數）INT8UOSTaskDelReq(INT8Uprio);請求任務刪除自己。一般用于刪除占有資源的任務，假設該任務的優先級號為10，發出刪除任務10請求的任務優先級號為5，則在任務5中調用OSTaskDelReg(10)，任務10中會調用OSTaskDelReq(OS_PRIO_SELF)，如果返回值為OS_TASK_DEL_REQ，則表明有來自其他任務的刪除請求，任務10首先釋放其占有的資源，然后調用OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)刪除自己（中斷服務程序不能調用該函數）INT8UOSTaskChangePrio(INT8Uoldprio,INT8Unewprio);更改任務的優先級INT8UOSTaskSuspend(INT8Uprio);無條件掛起一個任務，參數指定為OS_PRIO_SELF時掛起任務自己。與OSTaskResume配對使用INT8UOSTaskResume(INT8Uprio);恢復（或就緒）一個被OSTaskSuspend掛起的任務，而且是唯一可恢復被OSTaskSuspend掛起任務的函數INT8UOSTaskQuery(INT8Uprio,OS_TCB*p_task_data);查詢任務信息INT8UOSTaskStkChk(INT8Uprio,OS_STK_DATA*p_stk_data);檢查任務堆棧信息，例如，棧未用空間和已用空間。該函數要求使用OSTaskCreateExt創建任務，且opt參數指定為OS_TASK_OPT_STK_CHKINT8UOSTaskNameGet(INT8Uprio,INT8U*pname,INT8U*perr);得到已命名任務的名稱，為ASCII字符串，長度最大為OS_TASK_NAME_SIZE（包括結尾NULL空字符），常用于調試（中斷服務程序不能調用該函數）。3個參數的含義為：任務優先級號、任務名、出錯信息碼voidOSTaskNameSet(INT8Uprio,INT8U*pname,INT8U*perr);為任務命名，名稱為ASCII字符串，長度最大為OS_TASK_NAME_SIZE（包括結尾NULL空字符），常用于調試（中斷服務程序不能調用該函數）。3個參數的含義為：任務優先級號、任務名、出錯信息碼μC/OS-II系統中有兩個創建任務的函數，即OSTaskCreate和OSTaskCreateExt。任務本質上是具有無限循環體的函數。一般地，要創建一個任務，有以下步驟：（1）編寫一個帶有無限循環體的函數，由于具有無限循環體，故函數沒有返回值。該函數具有一個void*類型的指針，該指針可以指向任何類型的數據，通過該指針在任務創建時向任務傳遞一些數據，這種傳遞只能發生一次，一旦任務開始工作，就無法通過函數參數向任務傳遞數據了。該函數的典型樣式如程序段11-1所示。2）為要創建的任務指定優先級號，每個任務都有唯一的優先級號，取值范圍從0至OS_LOWEST_PRIO-2（OS_LOWEST_PRIO為文件os_cfg.h中的宏定義常量，最大值為254），一般地，用戶任務優先級從5至OS_LOWEST_PRIO-3。優先級號常用宏常量來定義，例如#defineTask01Prio5（3）為要創建的任務定義堆棧，必須使用OS_STK類型定義堆棧，例如OS_STKTask01Stk[200];（4）調用OSTaskCreate或OSTaskCreateExt函數創建任務。例如OSTaskCreate(Task01,(void*)0,&Task01Stk[199],Task01Prio);或OSTaskCreateExt(Task01,(void*)0,&Task01Stk[199],Task01Prio,1,&Task01Stk[0],200,(void*)0,OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR);經過上述四步，一個基于函數Task01的任務創建好了，在不造成混淆的情況下，一般該任務也稱為Task01。在μC/OS-II中，用戶任務共有五種狀態11.2μC/OS-II多任務工程實例代碼：代碼：代碼：代碼：代碼：代碼：代碼：將文件task02.c、task03.c、task04.c、task05.c和task06.c添加到工程管理器的“USER”分組下，建設好的工程PRJ28如圖所示編譯鏈接并運行工程PRJ28，將在LCD屏上顯示如圖所示結果，同時，LED燈D11每隔1秒閃爍一次。注：上圖中編譯結果“BuildOutput”中會有2個警告信息，這2個警告信息是由于μC/OS-II系統中的函數參數沒有使用導致的，無需修改。工程PRJ28的文件目錄結構如表所示序號子目錄文件性質來源1USERmain.c、includes.h、vartypes.h、strfun.c、strfun.h、task01.c、task01.h、task02.c、task02.h、task03.c、task03.h、tasko4.c、task04.、task05.c、task05.h、task06.c、task06.h用戶應用程序文件用戶編寫2BSPbeep.c、beep.h、bsp.c、bsp.h、ds18b20.c、ds18b20.h、exti.c、exti.h、key.c、key.h、lcd.c、lcd.h、led.c、led.h、rt.c、rt.h、textlib.h、tim2.c、tim2.h、uart2.c、uart2.h、zlg7289.c、zlg7289.h板級支持包文件用戶編寫3STM32F10x_FWLibstm32f10x_conf.h庫函數配置文件4STM32F10x_FWLib\incmisc.h、stm32f10x_adc.h、stm32f10x_bkp.h、stm32f10x_can.h、stm32f10x_cec.h、stm32f10x_crc.h、stm32f10x_dac.h、stm32f10x_dbgmcu.h、stm32f10x_dma.h、stm32f10x_exti.h、stm32f10x_flash.h、stm32f10x_fsmc.h、stm32f10x_gpio.h、stm32f10x_i2c.h、stm32f10x_iwdg.h、stm32f10x_pwr.h、stm32f10x_rcc.h、stm32f10x_rtc.h、stm32f10x_sdio.h、stm32f10x_spi.h、stm32f10x_tim.h、stm32f10x_usart.h、stm32f10x_wwdg.h庫函數文件5STM32F10x_FWLib\srcmisc.c、stm32f10x_adc.c、stm32f10x_bkp.c、stm32f10x_can.c、stm32f10x_cec.c、stm32f10x_crc.c、stm32f10x_dac.c、stm32f10x_dbgmcu.c、stm32f10x_dma.c、stm32f10x_exti.c、stm32f10x_flash.c、stm32f10x_fsmc.c、stm32f10x_gpio.c、stm32f10x_i2c.c、stm32f10x_iwdg.c、stm32f10x_pwr.c、stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_rtc.c、stm32f10x_sdio.c、stm32f10x_spi.c、stm32f10x_tim.c、stm32f10x_usart.c、stm32f10x_wwdg.c庫函數頭文件6PRJMyPrj.uvprojx、MyPrj.uvoptx、MyPrj.uvguix.Administrator工程文件KeilMDK創建7PRJ\RTE其下有四個子目錄RTOS、Device、_Target_1、_STM32F103RCT6運行環境組件頭文件KeilMDK創建8PRJ\RTE\Device\STM32F103RCstartup_stm32f10x_hd.s、system_stm32f10x.c、RTE_Device.hCPU相關文件KeilMDK創建9PRJ\RTE\RTOSapp_cfg.h、os_cfg.hμC/OS-II配置文件KeilMDK創建10PRJ\ListingsMyPrj.map等列表文件KeilMDK創建11PRJ\ObjectsMyPrj.axf、MyPrj.hex等目標文件KeilMDK創建工程PRJ28文件結構如圖所示工程PRJ28的文件目錄結構如表所示任務ID號優先級號任務名堆棧大小（字）執行頻率（Hz）15Task01200126Task022001/237Task03200148Task042001/259Task052001/4610Task062001/80xFFFD61定時器任務200100xFFFE62統計任務200100xFFFF63空閑任務200始終就緒任務ID號優先級號任務名堆棧大小（字）執行頻率（Hz）工程PRJ28的執行流程如圖所示11.3統計任務實例統計任務可用于統計微控制器的CPU使用率以及各個任務（包括它本身）的堆棧使用情況，下面的工程PRJ29介紹了統計任務的使用方法。代碼：代碼：工程PRJ29運行時在LCD屏上的顯示結果如圖所示：11.4系統定時器函數原型功能OS_TMR*OSTmrCreate(INT32Udly,INT32Uperiod,INT8Uopt,OS_TMR_CALLBACKcallback,void*callback_arg,INT8U*pname,INT8U*perr);創建一個定時器。定時器可以周期性連續運行，或僅運行一次，當定時計數減到0后，將執行回調函數（callback），callback函數可以向任務發送信號量，也可以執行其他功能，要求這個函數應盡可能地短小。必須調用OSTmrStart啟動定時器。對于僅運行一次的定時器，調用OSTmrStart可再次啟動它，調用OSTmrDel可刪除它（可在回調函數中刪除它）BOOLEANOSTrmStart(OS_T