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一、uC/OS-II内核结构的详细分析
实时微内核 uC/OS-II ，由 Jean J. Labrosse 在 1992 年编写发行，代码开源，如下图所示。
第一部分 (1)：与硬件无关的高层的操作系统部分
大部分是关于任务的创建、信号量的创建、邮箱和队列的创建，以及它们所使用的函数库。另外，该部分还提供内存和实时时钟管理。
| OS_Mbox.c | 消息邮箱(Mailbox)服务模块文件 |
|---|---|
| OS_MEM.c | 存储管理服务模块文件 |
| OS_Q.c | 队列(Queue)服务模块文件 |
| OS_SEM.c | 信号量(Semaphore)服务模块文件 |
| OS_Task.c | 任务管理服务模块文件 |
| OS_Time.c | 时间管理服务模块文件 |
第二部分 (2)：与用户应用相关的配置头文件
主要定义了应用程序中的最大任务数、最低优先级、邮箱、信号量及钩子函数的使用情况等。
例如STM32F107评估板，其OS_CFG.H 配置头文件中的代码片段如下：
#ifndef OS_CFG_H
#define OS_CFG_H
···
#define OS_MAX_QS 4 /* Max. number of queue control blocks in your application */
#define OS_MAX_TASKS 20 /* Max. number of tasks in your application, MUST be >= 2 */
···
/* --------------------- TASK STACK SIZE ---------------------- */
#define OS_TASK_TMR_STK_SIZE 128 /* Timer task stack size (# of OS_STK wide entries) */
···
/* --------------------- TASK MANAGEMENT ---------------------- */
#define OS_TASK_CHANGE_PRIO_EN 1 /* Include code for OSTaskChangePrio() */
#define OS_TASK_CREATE_EN 1 /* Include code for OSTaskCreate()
···
/* ----------------------- EVENT FLAGS ------------------------ */
#define OS_FLAG_EN 1 /* Enable (1) or Disable (0) code generation for EVENT FLAGS */
#define OS_FLAG_ACCEPT_EN 1 /* Include code for OSFlagAccept() */
···
/* -------------------- MESSAGE MAILBOXES --------------------- */
#define OS_MBOX_EN 1 /* Enable (1) or Disable (0) code generation for MAILBOXES */
#define OS_MBOX_ACCEPT_EN 1 /* Include code for OSMboxAccept() */
···
/* --------------------- MEMORY MANAGEMENT -------------------- */
#define OS_MEM_EN 1 /* Enable (1) or Disable (0) code generation for MEMORY MANAGER */
···
···
/* ------------------------ SEMAPHORES ------------------------ */
#define OS_SEM_EN 1 /* Enable (1) or Disable (0) code generation for SEMAPHORES */
#define OS_SEM_ACCEPT_EN 1 /* Include code for OSSemAccept() */
...
#endif
第三部分 (3)：与硬件处理器相关的代码
由 OS_CPU.H 、 OS_CPU_A.ASM 和 OS_CPU_C.C 构 成 。
其中，OS_CPU_A.ASM文件由三个汇编函数组成，，如下表。
| OsStartHighRdy( ) | 运行优先级最高的就绪任务。 |
|---|---|
| Os_Task_Sw( ) | 任务切换函数 |
| OsIntCtxSw( ) | 中断级的任务切换函数 |
这三个汇编函数非常重要（uC/OS-II 的移植工作大部分都基于这三个汇编函数，均与处理器硬件直接相关）
而 OS_CPU_C.C 主要包括任务堆栈的初始化函数、若干C语言的钩子函数(可以不加任何代码)。
二、微内核 uC/OS-II 中的任务
μC/OS-II 操作系统内核的主要工作——对任务进行管理和调度。
1、那在 uC/OS-II中，什么是任务呢？
“自顶向下，分而治之”的设计范型下，一 个大型的任务会被分解成不能再分解的若干小任务，而与上述小任务对应的程序实体就叫做“任务”。
从代码级别上看，uC/OS-II 中的任务就是一个函数，由三个部分组成：任务程序代码、任务堆栈和任务控制块。
2、关于任务的数据结构？
N 个任务用双向链表串连起来，其中每个任务的数据结构由任务控制块(Task Control Block-TCB)和任务堆栈组成。
① 任务控制块：关联了任务代码的程序控制块（主要由指向任务堆栈的指针、指向前一个任务控制块的指针、指向后一个任务控制块的指针及任务的优先级等构成）。
任务控制块TCB的部分代码片段（在/uCOS-II/.../source/ucos_ii. h中），如下：
typedef struct os_tcb {
OS_STK *OSTCBStkPtr; /* Pointer to current top of stack */
···
struct os_tcb *OSTCBNext; /* Pointer to next TCB in the TCB list */
struct os_tcb *OSTCBPrev; /* Pointer to previous TCB in the TCB list */
···
void *OSTCBMsg; /* Message received from OSMboxPost() or OSQPost() */
···
INT32U OSTCBDly; /* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event */
INT8U OSTCBStat; /* Task status */
INT8U OSTCBStatPend; /* Task PEND status */
INT8U OSTCBPrio; /* Task priority (0 == highest) */
INT8U OSTCBX; /* Bit position in group corresponding to task priority */
INT8U OSTCBY; /* Index into ready table corresponding to task priority */
···
INT8U OSTCBDelReq; /* Indicates whether a task needs to delete itself */
INT32U OSTCBCtxSwCtr; /* Number of time the task was switched in */
INT32U OSTCBCyclesTot; /* Total number of clock cycles the task has been running */
INT32U OSTCBCyclesStart; /* Snapshot of cycle counter at start of task resumption */
OS_STK *OSTCBStkBase; /* Pointer to the beginning of the task stack */
INT32U OSTCBStkUsed; /* Number of bytes used from the stack */
INT8U *OSTCBTaskName;
INT32U OSTCBRegTbl[OS_TASK_REG_TBL_SIZE];
} OS_TCB;
② 任务堆栈：保存任务的工作环境（主要用来保存任务断点的寄存器的状态值，在ARM处理器中则用于保存 PC、LR、 R0-R12、CPSR、SPSR 的状态值。任务堆栈在文件 os_cpu_c.c 中进行初始化）。
其堆栈初始化代码（在/Ports/.../RealView/os_cpu_c.c中），如下：
OS_STK *OSTaskStkInit (void (*task)(void *p_arg), void *p_arg, OS_STK *ptos, INT16U opt)
{
OS_STK *stk;
(void)opt; /* 'opt' is not used, prevent warning */
stk = ptos; /* Load stack pointer */
/* Registers stacked as if auto-saved on exception */
*(stk) = (INT32U)0x01000000uL; /* xPSR */
*(--stk) = (INT32U)task; /* Entry Point */
*(--stk) = (INT32U)OS_TaskReturn; /* R14 (LR) */
*(--stk) = (INT32U)0x12121212uL; /* R12 */
*(--stk) = (INT32U)0x03030303uL; /* R3 */
*(--stk) = (INT32U)0x02020202uL; /* R2 */
*(--stk) = (INT32U)0x01010101uL; /* R1 */
*(--stk) = (INT32U)p_arg; /* R0 : argument */
/* Remaining registers saved on process stack */
*(--stk) = (INT32U)0x11111111uL; /* R11 */
*(--stk) = (INT32U)0x10101010uL; /* R10 */
*(--stk) = (INT32U)0x09090909uL; /* R9 */
*(--stk) = (INT32U)0x08080808uL; /* R8 */
*(--stk) = (INT32U)0x07070707uL; /* R7 */
*(--stk) = (INT32U)0x06060606uL; /* R6 */
*(--stk) = (INT32U)0x05050505uL; /* R5 */
*(--stk) = (INT32U)0x04040404uL; /* R4 */
return (stk);
}
③ 任务程序代码：任务的执行部分。
三、微内核 uC/OS-II 的移植
1、在原有的STM32工程添加相应目录
原有SMT32工程文件夹下，新建一个目录uCOS-II，并在该目录下新建两个子目录：Ports和Source；
MDK工程目录下，新建uCOS-II_Source组、uCOS-II_Ports组。
2、添加源码文件到刚刚新建的目录下
（1）添加文件到本地工程文件夹
① /uCOS-II/Source文件下除os_cfg_c.h和os_dbg_r.c全部复制到移植工程目录下的Source子目录下
② /uCOS-II/Ports/ARM-Cortex-M3/Generic/RealView下的全部文件拷贝到移植目录的Ports子目录下
③ EvalBoards/Micrium/uC-Eval-STM32F107/uCOS-II下的app_cfg.h、includes.h 、 os_cfg.h和app_hooks.c（主要定义了一些钩子函数）这四个文件拷贝到移植工程的APP目录下。
（2）添加文件到MDK工程目录
分别在uCOS-II_Source组、uCOS-II_Ports组、APP组导入相应的本地工程文件。
3、修改includes.h
/*
*********************************************************************************************************
* EXAMPLE CODE
*
* (c) Copyright 2003-2013; Micrium, Inc.; Weston, FL
*
* All rights reserved. Protected by international copyright laws.
* Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product.
* Please help us continue to provide the Embedded community with the finest
* software available. Your honesty is greatly appreciated.
*********************************************************************************************************
*/
/*
*********************************************************************************************************
*
* MASTER INCLUDES
*
* ST Microelectronics STM32
* on the
*
* Micrium uC-Eval-STM32F107
* Evaluation Board
*
* Filename : includes.h
* Version : V1.00
* Programmer(s) : EHS
*********************************************************************************************************
*/
#ifndef INCLUDES_PRESENT
#define INCLUDES_PRESENT
/*
*********************************************************************************************************
* STANDARD LIBRARIES
*********************************************************************************************************
*/
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
/*
*********************************************************************************************************
* LIBRARIES
*********************************************************************************************************
*/
//#include <cpu.h>
//#include <lib_def.h>
//#include <lib_ascii.h>
//#include <lib_math.h>
//#include <lib_mem.h>
//#include <lib_str.h>
/*
*********************************************************************************************************
* APP / BSP
*********************************************************************************************************
*/
#include "bsp.h"
/*
*********************************************************************************************************
* OS
*********************************************************************************************************
*/
#include <ucos_ii.h>
/*
*********************************************************************************************************
* ST
*********************************************************************************************************
*/
/*
*********************************************************************************************************
* INCLUDES END
*********************************************************************************************************
*/
#endif4、修改main.c
/******************************************************************************
* File : main.c
* Function : 主文件
* Description: None
* Version : V1.00
* Author : WXP
* Date :
* History :
******************************************************************************/
#include "includes.h"
//START 任务
//设置任务优先级
#define START_TASK_PRIO 10 //开始任务的优先级设置为最低
//设置任务堆栈大小
#define START_STK_SIZE 64
//任务堆栈
OS_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
//任务函数
void start_task(void *pdata);
//LED0任务
//设置任务优先级
#define LED0_TASK_PRIO 7
//设置任务堆栈大小
#define LED0_STK_SIZE 64
//任务堆栈
OS_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];
//任务函数
void led0_task(void *pdata);
//LED1任务
//设置任务优先级
#define LED1_TASK_PRIO 6
//设置任务堆栈大小
#define LED1_STK_SIZE 64
//任务堆栈
OS_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
//任务函数
void led1_task(void *pdata);
int main(void)
{
Bsp_Init();
OSInit();
OSTaskCreate(start_task,(void *)0,(OS_STK *)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO );//创建起始任务
OSStart();
while(1)
{
}
}
//开始任务
void start_task(void *pdata)
{
OS_CPU_SR cpu_sr=0;
pdata = pdata;
OS_ENTER_CRITICAL(); //进入临界区(无法被中断打断)
OSTaskCreate(led0_task,(void *)0,(OS_STK*)&LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE-1],LED0_TASK_PRIO);
OSTaskCreate(led1_task,(void *)0,(OS_STK*)&LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE-1],LED1_TASK_PRIO);
OSTaskSuspend(START_TASK_PRIO); //挂起起始任务.
OS_EXIT_CRITICAL(); //退出临界区(可以被中断打断)
}
//LED0任务
void led0_task(void *pdata)
{
while(1)
{
LED2(ON);
OSTimeDlyHMSM(0,0,0,200);
LED2(OFF);
OSTimeDlyHMSM(0,0,0,200);
}
}
//LED1任务
void led1_task(void *pdata)
{
while(1)
{
LED3(ON);
OSTimeDlyHMSM(0,0,0,500);
LED3(OFF);
OSTimeDlyHMSM(0,0,0,500);
}
}5、修改uCOS-II_Ports下的os_cpu_a.asm
① 第一处
EXPORT OS_CPU_PendSVHandler 改为 EXPORT PendSVHandler。② 第二处
③ 第三个要改的：
将stm32f10x_it.c中的PendSV_Handler函数注释掉
6、修改bsp_systick.c
① 添加代码，如下
#include "includes.h"② 在void SysTick_Init (void)函数中，修改为Syslick_Config(SystemCoreCIock OS_TICKS_PER_SEC//滴答时钟定时周期为1ms。
③ 第三处
7、修改uCOS-II_Ports文件夹下的os_cpu_c.c中的关于systick的配置初始化及中断处理部分
更新中···
8、uCOS-II_Ports文件夹下的os_cpu.h，注释掉我们刚才修改过的函数部分
更新中···
