【免费】uCOSIII技术内幕1资源-CSDN文库

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《uCOSIII技术内幕1》一书主要介绍了嵌入式实时操作系统μC/OS-III的基础知识、使用方法以及其内部机制。在深入探讨之前，我们首先需要理解实时操作系统（RTOS）在单片机应用程序中的作用。 1.1 单片机应用程序框架在单片机应用中，通常有两种基本的软件架构：前台/后台系统和实时操作系统驱动的系统。前台/后台系统，也称为轮询或主循环系统，是简单的程序结构，其中主循环不断地检查各个功能模块的状态并执行相应的操作。然而，这种结构对于时间敏感的任务处理效率较低，因为每个任务的执行时间取决于其他任务的执行情况。相比之下，嵌入式实时操作系统通过提供多任务环境和调度算法，可以显著提高对时间关键任务的响应速度。 1.1.2 嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统是专为控制硬件设备而设计的，强调任务的响应时间和确定性。μC/OS-III是这样一种操作系统，它提供了抢占式调度，允许高优先级的任务随时中断低优先级任务，从而确保了时间关键任务的及时执行。此外，μC/OS-III还具有可移植性，能够适应多种不同的微处理器平台。 1.2 学习与使用μC/OS-III源码学习μC/OS-III不仅涉及理论知识，还包括实际操作，如配置、编译和调试。通过阅读源码，开发者可以理解内核的工作原理，更好地定制和优化系统以满足特定项目需求。 1.3 μC/OS-III文件结构简介 μC/OS-III的文件结构清晰，包括核心内核文件、任务管理、内存管理、中断管理等模块，便于开发者理解和修改。 1.4 μC/OS-III数据结构简介数据结构是μC/OS-III实现的关键，包括任务控制块（TCB）、内存池、信号量、事件标志组、消息队列等，这些数据结构用于协调和同步任务以及资源的使用。 1.5 任务任务是μC/OS-III中的基本执行单元，拥有独立的堆栈和状态。任务的状态包括就绪、运行、阻塞等，由内核根据调度策略进行切换。 1.6 内核对象简介内核对象是μC/OS-III提供的一种资源管理手段，包括： - 信号量：用于同步和资源分配。 - 事件标志组：允许任务等待一组事件的任意组合。 - 消息队列：用于任务间的数据交换。 - 互斥信号量：确保资源在同一时刻只能被一个任务独占。 - 内存分区：管理内存分配和释放。 - 软件定时器：实现延迟或周期性任务。 1.7 μC/OS-III常见的程序段书中详细介绍了中断嵌套层数统计、任务调度、任务创建与删除、信号量操作、事件标志组管理、消息队列操作、内存管理等常见代码段，帮助读者掌握μC/OS-III的实际编程技巧。通过以上内容，读者将能够全面了解μC/OS-III的基本概念、工作原理和实际应用，为进一步开发基于μC/OS-III的嵌入式系统打下坚实基础。后续章节可能还会深入到更复杂的主题，如中断处理、设备驱动、网络支持等，以满足不同层次开发者的需要。

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目录
前言.............................................................................................................................................8
第 1 章 实时操作系统及μC/OS-III 简介.............................................................13
1 单片机应用程序框架........................................................................................ 13
1.1 前后台系统............................................................................................. 13
1.2 嵌入式实时操作系统............................................................................. 15
2 怎么使用和学习μC/OS-III 源码.......................................................................16
3 μC/OS-III 文件结构简介...................................................................................19
4 μC/OS-III 数据结构简介...................................................................................20
5 任务.....................................................................................................................20
5.1 任务的状态..............................................................................................20
6 内核对象简介.................................................................................................... 21
6.1 信号量......................................................................................................21
6.2 事件标志组..............................................................................................22
6.3 消息队列..................................................................................................22
6.4 互斥信号量..............................................................................................22
6.5 内存分区..................................................................................................23
6.6 软件定时器..............................................................................................23
7 μC/OS-III 常见的程序段...................................................................................23
7.1 中断嵌套层数统计................................................................................. 23
7.2 开中断和关中断..................................................................................... 24
7.3 使能中断延迟的锁住和开启调度器..................................................... 24
7.4 没有使能中断延迟的锁住和开启调度.................................................25
7.5 中断嵌套检测..........................................................................................25
7.6 调度器嵌套检测..................................................................................... 25
7.7 时间戳......................................................................................................26
7.8 错误类型..................................................................................................26
7.9 参数检测..................................................................................................26
7.10 内核对象类型检测............................................................................... 27
7.11 安全检测................................................................................................27
7.12 安全关键 IEC61508............................................................................. 27
8 总结.....................................................................................................................28
第 2 章 时钟节拍.................................................................................................. 29
1 系统节拍中断服务程序.................................................................................... 29
2 节拍任务处理时间相关事务............................................................................ 32
2.1 节拍列表更新......................................................................................... 33
2.2 节拍列表..................................................................................................35
2.3 哈希算法检测到期任务......................................................................... 39
3 总结.....................................................................................................................40

第 3 章 时间管理.................................................................................................. 41
1 实例演示............................................................................................................ 41
2 任务开始延时.................................................................................................... 44
3 任务插入节拍列表............................................................................................ 49
4 任务取消延时.................................................................................................... 56
5 任务脱离节拍列表............................................................................................ 59
6 获取和设置时钟节拍........................................................................................ 61
7 μC/OS-III 全局变量的定义和声明...................................................................62
8 总结.....................................................................................................................63
第 4 章 软件定时器.............................................................................................. 64
1 实例演示............................................................................................................ 64
2 定时器插入定时器列表.................................................................................... 70
3 删除定时器........................................................................................................ 72
4 定时器脱离定时器列表.................................................................................... 74
5 停止定时器........................................................................................................ 75
6 定时器内部运行机制........................................................................................ 78
6.1 定时器初始化..........................................................................................78
6.2 定时器任务..............................................................................................80
6.3 回调函数..................................................................................................82
7 定时器剩下定时时间获取................................................................................ 82
8 定时器状态获取................................................................................................ 84
9 总结.....................................................................................................................85
第 5 章 多值信号量.............................................................................................. 86
1 实例演示............................................................................................................ 86
1.1 实例 1...................................................................................................... 86
1.2 实例 2...................................................................................................... 87
2 信号量的创建.................................................................................................... 88
3 信号量等待队列................................................................................................ 90
4 内核对象添加到调试双向链表........................................................................ 92
5 内核对象从调试双向链表中删除.................................................................... 94
6 部分内核对象数据结构的特点........................................................................ 96
7 发布信号量........................................................................................................ 98
7.1 开始发布信号量..................................................................................... 99
7.2 结构体指针强制类型转换................................................................... 103
7.3 无确切类型指针................................................................................... 104
7.4 单一任务提交处理............................................................................... 104

7.5 标记某一内核对象被提交................................................................... 106
7.6 将任务从多个等待列表移除............................................................... 108
7.7 将任务从一个等待列表中删除........................................................... 109
7.8 信号量提交过程涉及的时间戳........................................................... 109
8 等待信号量...................................................................................................... 110
9 等待信号量过程的解析.................................................................................. 111
9.1 函数解析................................................................................................112
9.2 阻塞准备等待内核对象的任务........................................................... 115
9.3 阻塞任务................................................................................................116
9.4 初始化 OS_PEND_DATA 类型变量..................................................... 117
9.5 根据任务优先级将 OS_PEND_DATA 变量插入双向链表................. 118
10 强制解除等待状态........................................................................................ 119
10.1 强制解除内核对象上的一个任务..................................................... 121
10.2 标记某一内核对象上的任务被强制解除等待状态.........................123
11 删除信号量.................................................................................................... 123
12 设置信号量计数值........................................................................................ 127
13 总结................................................................................................................ 129
第 6 章 互斥信号量 mutex.................................................................................130
1 mutex 变量的数据结构.................................................................................. 130
2 创建 mutex.......................................................................................................131
3 提交 Mutex.......................................................................................................132
4 等待/获取 mutex.............................................................................................135
5 获取 mutex 过程解析..................................................................................... 135
5.1 开始获取 mutex....................................................................................135
5.2 优先级继承过程................................................................................... 139
5.3 改变任务优先级并调整任务在各种列表中的位置...........................139
6 删除 mutex.......................................................................................................140
7 强制解除等待 mutex...................................................................................... 143
8 总结...................................................................................................................145
第 7 章 消息队列................................................................................................ 146
1 实例演示.......................................................................................................... 146
2 消息的数据结构.............................................................................................. 147
3 消息池.............................................................................................................. 147
4 消息队列解析.................................................................................................. 150
5 创建消息队列.................................................................................................. 152
6 提交消息.......................................................................................................... 153
7 提交消息过程解析.......................................................................................... 154
7.1 将消息插入到消息队列....................................................................... 155

8 等待消息过程解析.......................................................................................... 159
9 总结...................................................................................................................160
第 8 章 事件标志................................................................................................ 161
1 实例演示.......................................................................................................... 161
2 事件标志组数据结构解析.............................................................................. 163
3 创建事件标志组.............................................................................................. 163
4 等待事件标志组.............................................................................................. 164
5 提交事件标志组.............................................................................................. 172
6 总结...................................................................................................................175
第 9 章 等待多个内核对象................................................................................ 176
1 实例演示.......................................................................................................... 176
2 等待多个内核对象.......................................................................................... 177
2.1 检查多个内核对象是否被提交过....................................................... 180
2.2 任务等待多个内核对象....................................................................... 182
3 总结...................................................................................................................183
第 10 章 任务消息队列和任务信号量................................................................ 184
1 实例演示........................................................................................................ 184
2 任务消息队列................................................................................................ 186
2.1 任务消息队列相关数据结构解析..................................................... 186
2.2 等待任务消息队列............................................................................. 186
2.3 任务消息队列的提交......................................................................... 190
2.4 强制解除等待任务消息队列............................................................. 193
2.5 总结......................................................................................................194
3 任务信号量.................................................................................................... 195
3.1 任务信号量相关数据结构................................................................. 195
3.2 等待任务信号量................................................................................. 195
3.3 提交任务信号量................................................................................. 198
3.4 强制解除等待任务信号量................................................................. 201
3.5 总结......................................................................................................202
第 11 章 存储管理................................................................................................ 203
1 内存碎片是怎么形成的？............................................................................203
2 实例演示........................................................................................................ 203
3 内存分区控制块数据结构............................................................................204
4 创建内存分区................................................................................................ 205
5 获取内存块.................................................................................................... 208
6 将内存块放回内存分区................................................................................209
7 总结................................................................................................................ 210

第 12 章 就绪优先级位映像表............................................................................ 211
1 就绪优先级位映像表数据结构....................................................................211
2 初始化就绪优先级位映像表........................................................................212
3 查找就绪优先级位映像表中最高的优先级................................................212
4 置就绪优先级位映像表中某个优先级处于就绪状态............................... 216
5 将就绪优先级位映像表相应位清 0.............................................................217
6 总结................................................................................................................ 217
第 13 章 就绪列表................................................................................................ 218
1 就绪列表数据结构解析................................................................................218
2 初始化就绪列表............................................................................................ 219
3 使任务就绪.................................................................................................... 220
4 将任务从就绪列表双向链表的前面转移到后面........................................221
5 总结................................................................................................................ 223
第 14 章 任务切换................................................................................................ 224
1 堆栈的基本概念............................................................................................ 224
2 Cortex-M3 堆栈.............................................................................................225
3 任务切换........................................................................................................ 226
4 PendSV 服务程序解析..................................................................................229
5 首次任务调度................................................................................................ 233
6 任务堆栈初始化函数 OSTaskStkInit 解析................................................. 234
7 验证初始化堆栈弹栈结果............................................................................236
8 中断级任务切换的宏 OSIntCtxSw()解析....................................................238
9 任务切换过程中出现中断的处理................................................................239
10 总结.............................................................................................................. 239
第 15 章 任务管理................................................................................................ 241
1 任务创建........................................................................................................ 241
2 挂起任务........................................................................................................ 246
3 恢复挂起任务................................................................................................ 249
4 时间片轮转调度............................................................................................ 252
4.1 时间片轮转调度初始化..................................................................... 252
4.2 时间片轮转调度核心算法................................................................. 253
4.3 放弃时间片..........................................................................................255
4.4 设置任务时间片个数......................................................................... 256
5 任务寄存器.................................................................................................... 258