UCOS-III笔记

1.单片机程序分类：轮询程序，前后台程序，多任务系统程序

2.多任务系统伪代码

1 int flag1 = 0;
2 int flag2 = 0;
3 int flag3 = 0;
4
5 int main(void)
6 {
7 /* 硬件相关初始化 */
8 HardWareInit();
9
10 /* OS 初始化 */
11 RTOSInit();
12
13 /* OS 启动，开始多任务调度，不再返回 */
14 RTOSStart();
15 }
16
17 void ISR1(void)
18 {
19 /* 置位标志位 */
20 flag1 = 1;
21 }
23 void ISR2(void)
24 {
25 /* 置位标志位 */
26 flag2 = 2;
27 }
28
29 void ISR3(void)
30 {
31 /* 置位标志位 */
32 flag3 = 1;
33 }
34
35 voidDoSomething1(void)
36 {
37 /* 无限循环，不能返回 */
38 for (;;)
39 {
40 /* 任务实体 */
41 if (flag1)
42 {
43 }
44 }
45 }
46
47 voidDoSomething2(void)
48 {
49 /* 无限循环，不能返回 */
50 for (;;)
51 {
52 /* 任务实体 */
53 if (flag2)
54 {
55 }
56 }
57 }
58
59 voidDoSomething3(void)
60 {
61 /* 无限循环，不能返回 */
62 for (;;)
63 {
64 /* 任务实体 */
65 if (flag3)
66 {
67 }
68 }
69 }

3.三类系统异同

4.任务是什么：

在裸机系统中，系统的主体就是 main 函数里面顺序执行的无限循环，这个无限循环里面 CPU 按
照顺序完成各种事情。在多任务系统中，我们根据功能的不同，把整个系统分割成一个个独立的
且无法返回的函数，这个函数我们称为任务。

5.多任务系统中，要为每一个任务分配独立的栈空间

#define TASK1_STK_SIZE 128 (1)
#define TASK2_STK_SIZE 128
static CPU_STK Task1Stk[TASK1_STK_SIZE];(2)
static CPU_STK Task2Stk[TASK2_STK_SIZE];

6.重要宏定义

1 #ifndef CPU_H
2 #define CPU_H
3
4 typedef unsigned short CPU_INT16U;
5 typedef unsigned int CPU_INT32U;
6 typedef unsigned char CPU_INT08U;
7
8 typedef CPU_INT32U CPU_ADDR;
9
10 /* 栈数据类型重定义 */
11 typedef CPU_INT32U CPU_STK;
12 typedef CPU_ADDR CPU_STK_SIZE;
13
14 typedef volatile CPU_INT32U CPU_REG32;
15
16 #endif/* CPU_H */

7.系统为了顺利的调度任务，为每个任务都额外定义了一个任务控制块 TCB（Task Con-

trolBlock），这个任务控制块就相当于任务的身份证，里面存有任务的所有信息，比如任务的栈，
任务名称，任务的形参等。有了这个任务控制块之后，以后系统对任务的全部操作都可以通过这个 TCB 来实现。TCB 是一个新的数据类型

1 /* 任务控制块重定义 */
2 typedefstruct os_tcb OS_TCB;(1)
3
4 /* 任务控制块数据类型声明 */
5 struct os_tcb {(2)
6 CPU_STK *StkPtr;
7 CPU_STK_SIZE StkSize;
8 };

1 static OS_TCB Task1TCB;
2 static OS_TCB Task2TCB;

8.任务的栈，任务的函数实体，任务的 TCB 最终需要联系起来才能由系统进行统一调度。那么这

个联系的工作就由任务创建函数 OSTaskCreate 来实现，该函数在 os_task.c

1 void OSTaskCreate (OS_TCB *p_tcb,(1)//任务控制块指针
2 　　　　　　　 　OS_TASK_PTR p_task,(2)//p_task 是任务函数名，类型为 OS_TASK_PTR
3 　　　　　　　　　　　 　void *p_arg,(3)//p_arg 是任务形参，用于传递任务参数
4 　　　　　　　CPU_STK *p_stk_base, (4)//p_stk_base 用于指向任务栈的起始地址
5　　　　　　 CPU_STK_SIZE stk_size, (5)//stk_size 表示任务栈的大小
6 　　　　　　　　　　 OS_ERR *p_err) (6)//p_err 用于存错误码
7 {
8 　　CPU_STK *p_sp;
9
10 　　p_sp = OSTaskStkInit (p_task,(7)
11 　　p_arg,
12 　　p_stk_base,
13 　　stk_size);
14 　　p_tcb->StkPtr = p_sp;(8)
15 　　p_tcb->StkSize = stk_size;(9)
16
17 　　*p_err = OS_ERR_NONE;(10)
18 }

9.OSTaskStkInit() 是任务栈初始化函数。当任务第一次运行的时候，

加载到 CPU 寄存器的参数就放在任务栈里面，在任务创建的时候，预先初始化好栈。

1 CPU_STK *OSTaskStkInit (OS_TASK_PTR p_task,(1)//p_task 是任务名，指示着任务的入口地址，在任务切换的时候，需要加载到 R15，即 PC 寄存器，这样 CPU 就可以找到要运行的任务

2 void *p_arg,(2)//p_arg 是任务的形参，用于传递参数，在任务切换的时候，需要加载到寄存器 R0。R0 寄存器通常用来传递参数。

3 CPU_STK *p_stk_base,(3)//p_stk_base 表示任务栈的起始地址
4 CPU_STK_SIZE stk_size)(4)
5 {
6 　　CPU_STK *p_stk;
7
8 　　p_stk = &p_stk_base[stk_size];(5)//获取任务栈的栈顶地址，ARMCM3 处理器的栈是由高地址向低地址生长的。所以初始化栈之前，要获取到栈顶地址，然后栈地址逐一递减即可。

9 　　/* 异常发生时自动保存的寄存器 */(6)
10 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x01000000u; /* xPSR 的 bit24 必须置 1 */
11 　　*--p_stk = (CPU_STK)p_task; /* R15(PC) 任务的入口地址 */
12 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x14141414u; /* R14 (LR) */
13 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x12121212u; /* R12 */
14 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x03030303u; /* R3 */
15 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x02020202u; /* R2 */
16 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x01010101u; /* R1 */
17 　　*--p_stk = (CPU_STK)p_arg; /* R0 : 任务形参 */
18 　　/* 异常发生时需手动保存的寄存器 */(7)
19 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x11111111u; /* R11 */
20 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x10101010u; /* R10 */
21 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x09090909u; /* R9 */
22 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x08080808u; /* R8 */
23 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x07070707u; /* R7 */
24 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x06060606u; /* R6 */
25 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x05050505u; /* R5 */
26 　　*--p_stk = (CPU_STK)0x04040404u; /* R4 */
27
28 　　return (p_stk);(8) //返回栈指针 p_stk，这个时候 p_stk 指向剩余栈的栈顶
29 }

10.任务创建好之后，我们需要把任务添加到一个叫就绪列表的数组里面，表示任务已经就绪，系统随时可以调度。

1 typedef struct os_rdy_list OS_RDY_LIST;(1)
2
3 struct os_rdy_list {(2)
4 OS_TCB *HeadPtr;
5 OS_TCB *TailPtr;
6 };

1 #ifdef OS_GLOBALS
2 #define OS_EXT
3 #else
4 #define OS_EXT extern
5 #endif

#define OS_CFG_PRIO_MAX 32u
OS_EXT OS_RDY_LIST OSRdyList[OS_CFG_PRIO_MAX];

1 /* 将任务加入到就绪列表 */
2 OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;(1)
3 OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;(2)

11.OS 系统初始化一般是在硬件初始化完成之后来做的，主要做的工作就是初始化 μC/OS-III 中定义的全局变量。

1 void OSInit (OS_ERR *p_err)
2 {
3 　　OSRunning = OS_STATE_OS_STOPPED;(1)//系统用一个全局变量 OSRunning 来指示系统的运行状态，刚开始系统初始化的时候，默认为停止状态，即 OS_STATE_OS_STOPPED

4
5 　　OSTCBCurPtr = (OS_TCB *)0;(2)//全局变量 OSTCBCurPtr 是系统用于指向当前正在运行的任务的TCB 指针，在任务切换的时候用得到

6 　　OSTCBHighRdyPtr = (OS_TCB *)0;(3)//全局变量 OSTCBHighRdyPtr 用于指向就绪任务中优先级最高的任务的 TCB，在任务切换的时候用得到

7
8 　　OS_RdyListInit();(4)
9
10 　　*p_err = OS_ERR_NONE;(5)
11 }

OS_RdyListInit() 用于初始化全局变量 OSRdyList[]，即初始化就绪
列表

1 OS_EXT OS_TCB *OSTCBCurPtr;
2 OS_EXT OS_TCB *OSTCBHighRdyPtr;
3 OS_EXT OS_RDY_LIST OSRdyList[OS_CFG_PRIO_MAX];
4 OS_EXT OS_STATE OSRunning;

1 #define OS_STATE_OS_STOPPED (OS_STATE)(0u)
2 #define OS_STATE_OS_RUNNING (OS_STATE)(1u)

1 void OS_RdyListInit(void)
2 {
3     OS_PRIO i;
4     OS_RDY_LIST *p_rdy_list;
5
6     for ( i=0u; i<OS_CFG_PRIO_MAX; i++ )
7     {
8         p_rdy_list = &OSRdyList[i];
9         p_rdy_list->HeadPtr = (OS_TCB *)0;
10        p_rdy_list->TailPtr = (OS_TCB *)0;
11     }
12 }

12.任务创建好，系统初始化完毕之后，就可以开始启动系统了

1 void OSStart (OS_ERR *p_err)
2 {
3     if ( OSRunning == OS_STATE_OS_STOPPED ) {(1)
4         /* 手动配置任务 1 先运行 */
5         OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;(2) //OSTCBHIghRdyPtr 指向第一个要运行的任务的 TCB
6
7         /* 启动任务切换，不会返回 */
8         OSStartHighRdy();(3)
9
10         /* 不会运行到这里，运行到这里表示发生了致命的错误 */
11         *p_err = OS_ERR_FATAL_RETURN;
12     }
13     else
14     {
15         *p_err = OS_STATE_OS_RUNNING;
16     }
17 }    

OSStartHighRdy() 用于启动任务切换，即配置 PendSV 的优先级
为最低，然后触发 PendSV 异常，在 PendSV 异常服务函数中进行任务切换

1 ;*******************************************************************
2 ; 开始第一次上下文切换
3 ; 1、配置 PendSV 异常的优先级为最低
4 ; 2、在开始第一次上下文切换之前，设置 psp=0
5 ; 3、触发 PendSV 异常，开始上下文切换
6 ;*******************************************************************
7 OSStartHighRdy
8 LDR R0, = NVIC_SYSPRI14 ; 设置 PendSV 异常优先级为最低(1)
9 LDR R1, = NVIC_PENDSV_PRI
10 STRB R1, [R0]
11
12 MOVS R0, #0 ; 设置 psp 的值为 0 ，开始第一次上下文切换 (2)
13 MSR PSP, R0
14
15 LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ; 触发 PendSV 异常(3)
16 LDR R1, =NVIC_PENDSVSET
17 STR R1, [R0]
18
19 CPSIE I ; 启用总中断，NMI 和 HardFault 除外(4)
20
21 OSStartHang
22 B OSStartHang ; 程序应永远不会运行到这里

5 ; 有关内核外设寄存器定义可参考官方文档：STM32F10xxx Cortex-M3 programming manual
6 ; 系统控制块外设 SCB 地址范围：0xE000ED00-0xE000ED3F
7 ;--------------------------------------------------------------------
8 NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ; 中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR。
9 NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ; 系统优先级寄存器 SCB_SHPR3：
10 ; bit16~23
11 NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ; PendSV 优先级的值(最低)。
12 NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ; 触发 PendSV 异常的值 Bit28：PENDSVSET