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操作系統(tǒng)uCos里的一些原理

GReq_mcu168 ? 來源:嵌入式ARM ? 作者:嵌入式ARM ? 2021-03-25 13:51 ? 次閱讀

uCos見面還是大學的時候,老師讓我為畢業(yè)設(shè)計選一個課題,要求有關(guān)嵌入式實時操作系統(tǒng),于是開始在網(wǎng)上搜索,順理成章的就發(fā)現(xiàn)了uCos,于是開始了uCos之路,但后來由于硬件平臺的問題,畢設(shè)沒有用uCos,而用了另外一個不開源的。

畢業(yè)后,自己做的項目用到過RTX51,uCos,Linux,當做linux下的項目時,研究過一陣子linux的源碼,后來又一天,閑來無事再去看uCos的源碼時,突然發(fā)現(xiàn)uCos里的一些原理,對于理解和構(gòu)建一個操作系統(tǒng)這這么的經(jīng)典和透徹!

今天就給大家來整理一下uCos里的一些原理,相信對于更透徹的理解RTOS定會有好處,如果你確實沒什么收獲,就當是打發(fā)時間吧!

首先,第一個要解決的問題是,為什么我們需要uCos?就像最開始學C編程時,老師告訴我們,指針很重要,那時你肯定有一個大的疑問,指針到底有什么好?心里一直犯嘀咕著:不用指針不一樣把程序編出來了? 現(xiàn)在想想看c語言沒了指針,是不是寸步難行呢?;氐秸},我們到底為什么需要uCos?

一般的簡單的嵌入式設(shè)備的編程思路是下面這樣的:

main

{

{處理事務(wù)1};

{處理事務(wù)2};

{處理事務(wù)3};

。..。..。

{處理事務(wù)N};

}

isr_server

{

{處理中斷};

}

這是最一般的思路,對于簡單的系統(tǒng)當然是夠用了,但這樣的系統(tǒng)實時性是很差的,比如“事務(wù)1”如果是一個用戶輸入的檢測,當用戶輸入時,如果程序正在處理事務(wù)1下面的那些事務(wù),那么這次用戶輸入將失效,用戶的體驗是“這個按鍵不靈敏,這個機器很慢”,而我們?nèi)绻咽聞?wù)放到中斷里去處理,雖然改善了實時性但會導致另外一個問題,有可能會引發(fā)中斷丟失,這個后果有時候比“慢一點”更加嚴重和惡劣!又比如事務(wù)2是一個只需要1s鐘處理一次的任務(wù),那么顯然事務(wù)2會白白浪費CPU的時間。

這時,我們可能需要改進我們的編程思路,一般我們會嘗試采用“時間片”的方式。這時候編程會變成下面的方式:

main

{

{事務(wù)1的時間片到了則處理事務(wù)1};

{事務(wù)2的時間片到了則處理事務(wù)2};

。..。..。

{事務(wù)N的時間片到了則處理事務(wù)N};

}

time_isr_server

{

{判斷每個事務(wù)的時間片是否到來,并進行標記};

}

isr_server

{

{處理中斷};

}

我們可以看到,這種改進后的思路,使得事務(wù)的執(zhí)行時間得到控制,事務(wù)只在自己的時間片到來后,才會去執(zhí)行,但我們發(fā)現(xiàn),這種方式仍然不能徹底解決“實時性”的問題,因為某個事務(wù)的時間片到來后,也不能立即就執(zhí)行,她必須等到當前事務(wù)的時間片用完,并且后面的事務(wù)時間片沒到來,她才有機會獲得“執(zhí)行時間”。

這時候我們需要繼續(xù)改進思路,為了使得某個事務(wù)的時間片到來后能立即執(zhí)行,我們需要在時鐘中斷里判斷完時間片后,改變程序的返回位置,讓程序不返回到剛剛被打斷的位置,而從最新獲得了時間片的事務(wù)處開始執(zhí)行,這樣就徹底解決了事務(wù)的實時問題。

我們在這個思路上,進行改進,我們需要在每次進入時鐘中斷前,保存CPU的當前狀態(tài)和當前事務(wù)用到的一些數(shù)據(jù),然后我們進入時鐘中斷進行時間片處理,若發(fā)現(xiàn)有新的更緊急的事務(wù)的時間片到來了,則我們改變中斷的返回的地址,并在CPU中恢復這個更緊急的事務(wù)的現(xiàn)場,然后返回中斷開始執(zhí)行這個更緊急的事務(wù)。

上面的這段話有些不好讀,事實上,這是因為要實現(xiàn)這個過程是有些復雜和麻煩的,這時候我們就需要找一個操作系統(tǒng)(OS)幫我們做這些事了,如果你能自己用代碼實現(xiàn)這個過程,事實上你就在自己寫操作系統(tǒng)了,其實從這里也可也看出,操作系統(tǒng)的原理其實并不那么神秘,只是一些細節(jié)你很難做好。uCos就是這樣一個操作系統(tǒng),她能幫你完成這些事情,而且是很優(yōu)雅的幫你完成!

到這里,我們終于知道了為什么我們需要uCos了。事實上,uCos的用處遠不止幫你完成這個“事務(wù)時間片的處理”,她還能幫你處理各種超時,進行內(nèi)存管理,完成任務(wù)間的通信等,有了她,程序的層次也更加清晰,給系統(tǒng)添加功能也更方便,這一切在大型項目中越發(fā)的明顯!

我們知道了uCos能給我們提供這么多的便利,那么我們就開始使用uCos吧!

原文標題:為什么我們需要uCos?帶你透徹理解RTOS

文章出處:【微信公眾號:玩轉(zhuǎn)單片機】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責任編輯:haq

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原文標題:為什么我們需要uCos?帶你透徹理解RTOS

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