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假設B先運行，并通過OSMutexPend申請到了Mutex,那么它就會使用該共享資源繼續運行，在某個時刻，任務A搶占了任務B，同時也通過OSMutexPend申請Mutex，由于資源已經被B占用，那么OSMutexPend會將B任務的優先級調高到4(假設)，這時任務B得意繼續運行，資源使用完畢后釋放mutex。OSMutexPost注意到原來占有這個mutex的任務的優先級被調高了，于是將B的優先級調低，同時注意到A在申請，于是將mutex給A，做任務切換后A得以執行。

由于互斥型信號量的特性，互斥型信號量只能由于任務中（包括發送功能）；

OS_EVENT *ResourceMutex;

ResourceMutex= OSMutexCreate(INT8U prio,&err);//在上述情況中任務可以被調高到prio指定的優先級

在OS_EVENT中，pevent->OSEventCnt = (INT16U)((INT16U)prio << 8) | OS_MUTEX_AVAILABLE（0xff）;

高八位：PIP;低八位：占用該互斥信號量的任務的優先級（若為0xff表示無任務占用該信號量）；

OSMutexPend(ResourceMutex,..,..)：在訪問共享資源時，先通過該函數獲取互斥型信號量，如果互斥型信號量是有效的（沒有被占用），則該Mutex的OSEventCnt的低八位為0xff,如果已被占用，則低八位為占用該信號量的任務的優先級；如果占用該信號量的任務的優先級比調用該申請函數的任務的信號量的優先級低，此時低優先級的任務占用共享資源，且已被高優先級的任務搶占了CPU，此時高優先級的任務再調用OSMutexPend申請互斥量，OSMutexPend內部會將占用mutex的低優先級的任務的優先級調高到信號量指定的PIP,這樣來讓低優先級的任務變為高優先級，盡快釋放資源；

3：事件標志組event flag

typedef struct os_flag_grp {

INT8U OSFlagType; //事件類型

void *OSFlagWaitList; //等待該事件標志組的任務列表

OS_FLAGS OSFlagFlags; //事件標志組標志位

} OS_FLAG_GRP;

事件標志組用于實現多個任務（包括ISR）協同控制一個任務，當各個相關任務（ISR）先后發出自己的信號后（使事件標志組的對應標志位有效），預定的邏輯運算結果有效，這時將觸發被控制的任務（使其進去就緒態）。

事件標志組可以選擇標志位1有效或0有效，邏輯關系可以為“邏輯與”或“邏輯或”，這樣有效定義與邏輯定義有4種組合，同時也可以設定只選擇使用所有標志位中的其中幾位；

OS_FLAG_GRP *OSFlagCreate(OS_FLAGS flags,INT8U *err);

flags為事件標志組中各個標志的初始值（1有效時，初始值為0）；

發送標志到事件標志組：

OS_FLAGS OSFlagPost (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U opt, INT8U *perr)

pgrp：事件標志組指針；flags：指明待發送標志在事件標志組中的位置（0x1表示bit0）；opt：選擇操作的方式，OS_FLAG_SET（對標志位置1），OS_FLAG_CLR（對標志位置0）；perr：執行結果；

等待事件標志組：

OS_FLAGS OSFlagPend (OS_FLAG_GRP *pgrp, OS_FLAGS flags, INT8U wait_type, INT16U timeout, INT8U *perr)

pgrp：事件標志組指針；flags：指明哪些標志位用來等待，0x03(bit0、1),0x1d(bit0、2、3、4)；opt：指明對這些等待的位采用的邏輯運算；perr：執行結果；

opt如下：

OS_FLAG_WAIT_CLR_ALL：所以標志位為0時，將等待任務就緒；

OS_FLAG_WAIT_CLR_ANY：任何一個標志位清0時，將等待任務就緒；

OS_FLAG_WAIT_SET_ALL：所以標志位為1時，將等待任務就緒；

OS_FLAG_WAIT_SET_ANY：任何一個標志位為1時，將等待任務就緒；

OS_FLAG_CONSUME:清除標志位（OS_FLAG_WAIT_SET_ANY + OS_FLAG_CONSUME）

4：消息郵箱box

郵箱是μC/OS-II中另一種通訊機制,它可以使一個任務或者中斷服務子程序向另一個任務發送一個指針型的變量。該指針指向一個包含了特定“消息”的數據結構。

用信號量進行行為同步時，只能提供同步的時刻信息，不能提供內容信息；

當控制方在對被控制方進行控制的同時，還需要向被控制方提供內容信息時，消息郵箱是一個有效的方案；

由于消息郵箱中只能存儲一條消息，在用消息郵箱進行同步控制時，必須滿足一個前提：任何時候消息的生產速度都比消息的消費速度慢，即被控制的任務總是在等待消息；否則就會有消息丟失；

消息郵箱中可以放入任何類型的信息，通常用空郵箱（void * 0）表示事件沒有發生；用非空郵箱（void * 1）表示事件已發生；因此郵箱也可以用來做二值信號量（注意與互斥信號量的區別）；

郵箱用OS_EVENT結構體中的OSEventPtr指向消息實體；

OS_EVENT *pbox;

pbox= OSMBoxCreate(void *msg);//void * 0表示空郵箱

INT8U OSMboxPost(pbox, void * msg);//向郵箱中發送一條消息

INT8U OSMboxPostOpt(pbox,void * msg, INT8U opt)//分發消息，將消息分發給所有正在等待該消息的任務，讓他們都處于就緒態

void *OSMboxPend(pbox,timeout,INT8U *err)//等待消息當郵箱中的指針為空時，調用等待消息函數后就會被系統掛起。

5：消息隊列

將要通信的信息放置在一個預定義的消息結構中,任務生成的消息指定了消息的類型,并把它放在一個由系統負責維護的消息隊列中,而訪問消息隊列的任務可以根據消息類型，有選擇地從隊列中按FIFO的方式讀取特定類型的消息。消息隊列為用戶提供了從多個生產者中獲得多元信息的一種手段。

相當于一個郵箱隊列，消息隊列可以存放多個消息，能夠有效解決消息的臨時堆積問題。和計數信號量的情況類似，消息隊列的使用仍然需要滿足：消費速度比生產速度快，否則再大的隊列也會滿，從而溢出；

void *MyArrayOfMsg[SIZE];

OS_EVNT *pQ;

pQ=OSQCreate(MyArrayOfMsg,SIZE);

INT8U OSQPost(pQ,void *Msg)//發送一條消息

void *OSQPend(pQ,0,&err)//當消息隊列為空時掛起

【各個通信機制都要無等待式獲取相關的信號，均可用在中斷中，中斷中決不能用等待的方式】

相關函數使用說明：

創建任務：

INT8U OSTaskCreateExt (void (*task)(void *p_arg),//被創建的任務函數指針

void *p_arg, //傳遞給任務的參數的指針

OS_STK *ptos, //分配給任務的堆棧的棧頂指針

INT8U prio, //被創建任務的優先級

INT16U id, //為創建的任務創建一個特殊的標識符，暫沒用

OS_STK *pbos, //指向任務的堆棧棧底的指針（用于堆棧檢驗）

INT32U stk_size, //堆棧的容量

void *pext, //指向用戶附件的數據域的指針

INT16U opt) //指定是否卞堆棧檢驗，是否將堆棧清0，任務是否需要進行浮點操作

OSTaskCreate中還調用了OSTaskStkInit函數，調用該函數的目標是初始化任務的堆棧，使其看起來像發生過中斷一樣。OSTaskStkInit是需要移植的函數。

修改任務屬性：

調用OSTaskChangePrio()函數可以動態地改變某一個任務的優先級,調用OSTaskNameGet()函數可以獲取某一個任務的名稱,調用OSTaskNameSet()函數可以設置一個任務的名稱。

INT8U OSTaskChangePrio (INT8U oldprio, INT8U newprio);

INT8U OSTaskNameGet INT8U prio,INT8U *pname,INT8U *perr);

void OSTaskNameSet (INT8U prio, INT8U *pname, INT8U *perr)

任務的名稱保存在任務對應的任務控制塊中的成員：OSTCBTaskName[OS_TASK_NAME_SIZE]中;

直接掛起任務的函數：

有時將任務掛起是很有用的，掛起任務的函數可以通過INT8U OSTaskSuspend(INT8U prio)來實現，且被掛起的任務只能通過調用INT8U OSTaskResume (INT8U prio)來恢復。任務可以掛起自己或者其他的任務。

舉例：在一些設計中，在main函數中只有簡單的幾行，在其中創建了一個啟動任務：用于啟動其他的任務與初始化系統，啟動任務的優先級比它要創建的任務都要高，初始化成功與創建完相關任務之后，一般自己將自己掛起。

堆棧檢驗函數：

如果要使用堆棧檢驗函數，那么在任務的建立需要使用OSTaskCreateExt()來建立任務，且需要指定入口參數：opt(OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR);

OS_TASK_OPT_STK_CHK:指示任務需要使用堆棧校驗功能

OS_TASK_OPT_STK_CLR：將任務的堆棧RAM清0（因為堆棧檢驗是從棧底開始計算為0（空閑）的空間大�。�

在任務創建時指定棧頂、棧底，在任務運行一段時間后，一般需在堆棧使用最充分后才去檢驗較為準確；任務可以檢查自己或者其他任務的堆棧使用情況，堆棧檢驗函數確定堆棧的實際空間字節數和已被占用的字節數，放在入口參數OS_STK_DATA數據結構中；

[可以閱讀嵌入式ARM系統原理與實例開發（楊宗德）的第八章，里面對該系統包含的大部分函數簡要說明以及移植時的相關函數說明]

任務切換過程分析

1：任務之間搶占式切換（高優先級的任務就緒后立即搶占正在運行的低優先級的任務）

系統在任何響應后，都需要進行任務調度，確保系統中優先級最高的任務被執行，那么系統采用的任務調度切換函數就是void OS_Sched(void)；

void OS_Sched(void)

OS_ENTER_CRITICAL(); //進入臨界區關中斷

if(OSIntNesting==0) { //目前系統不處于中斷態

if(OSLockNesting==0) { //系統調度功能使能

OS_SchedNew(); //計算出目前系統中最高的優先級，保存在INT8U OSPrioHighRdy中

if(OSPrioHighRdy!=OSPrioCur) { //判斷當前正運行的任務是不是最高優先級否則就不用切換

OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];//將最高優先級任務的控制塊的指針放 //入任務控制塊指針變量OSTCBHighRdy中

#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0

OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++; //目前優先級最高的任務切換次數統計

#endif

OSCtxSwCtr++; //系統任務切換的總次數統計

OS_TASK_SW(); //實現任務切換

}

OS_EXIT_CRITICAL(); //恢復全局中斷標志退出臨界區

在任務調度前，OS_SchedNew()計算出目前系統中最高的優先級，保存在INT8U OSPrioHighRdy中

#define OS_TASK_SW() OSCtxSw()

OSCtxSw //懸起PSV異常

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL //NVIC_INT_CTRL為SCB中的中斷控制寄存器(ICSR)的地址數值 0xE000ED04

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET //NVIC_PENDSVSET 為設置ICSR的值（0x10000000）

STR R1, [R0] //設置ICSR = NVIC_PENDSVSET 即將觸發PendSV中斷

BX LR //因為在OS_Sched中調用OSCtxSw時，是在臨界區，中斷是關閉的，所以這里通過BX LR返回OS_Sched，等退出臨界區后，觸發PendSV中斷【任務切換時必須關中斷”的原則】

PendSV中斷響應函數OSPendSV

//Cortex-M3進入異常服務例程時,使用的是MSP指向的堆棧空間，且自動壓入了R0-R3,R12,LR(R14,連接寄存器),PSR(程序狀態寄存器)和PC(R15)，這些寄存器是任務被中斷時的現場記錄，此時任務所使用的PSP的值沒有變化。

//M3處理器的控制寄存器的CONTROL[1] = 1（系統復位后默認是0），表明M3的線程模式的堆棧指針SP選用PSP【handler模式只允許使用MSP】，這樣兩個模式下SP使用不同的堆棧指針，且訪問SP時，訪問到的是當前被使用的堆棧指針，這時另一個堆棧指針要通過MRS、MSR命令來訪問，即R13(PSP)或R13(MSP),R13是PSP還是MSP由系統當前的狀態與CONTROL[1]決定，PSP是某個任務在RAM中的堆棧指針，MSP是異常模式下在RAM中的堆棧指針。

//一個任務占用CPU運行，它的運行現場是R0-R3,R4-R11，R12,R13(PSP/MSP)，R14（LR）,PSR和R15（PC)，如果該任務被中斷，那么在進中斷過程中，硬件會自動對CPU的部分現場寄存器（R0-R3,R12,R14,PSR和R15）進行壓棧，其他寄存器硬件不壓棧，如果CONTROL[1] = 1，那么硬件就會將相關寄存器壓入PSP（R13）指向的堆棧中（線程模式時SP為PSP），CONTROL[1] = 0，硬件就會將相關寄存器壓入MSP（R13）指向的堆棧中；CONTROL[1] = 1時如下圖所示，線程模式與handler模式的SP不一樣。

OSPendSV 【在進入中斷前 R0-R3,R12,R14,PSR和R15已被壓入任務所使用的堆棧中，下面是將其他的寄存器再壓入任務的堆棧中，以及保存該任務的堆棧棧頂的值到PSP指向的堆棧中去，任務使用的是PSP，異常模式下使用的是MSP】

MRS R0, PSP //R0<=PSP 異常模式下使用的是MSP，所以只能通過MRS讀取被中斷的任務的堆棧指針，

CBZ R0, OSPendSV_nosave //如果PSP==0，則跳轉到 OSPendSV_nosave ,否則往下執行【在系統剛開 //始啟動時，OSStart()會調用OS_SchedNew()與OSStartHighRdy（）來使 //系統中最高優先級的任務運行，在OSStartHighRdy中，PSP設置為0，因為 //在OSStart前還沒有任務運行，所以進入軟中斷后不用保存此時CPU的值， //只要將最高優先級任務的現場恢復到CPU的各寄存器就好了】

SUBS R0, R0, #0x20 //R0(PSP)!=0,那么R0的值減去0X20,32個字節（下面保持8個32位的寄存器）

STM R0, {R4-R11} //將R4~R11這8個寄存器存儲到PSP對應的空間中去，這些寄存器是當前任務被中 //斷時的現場

LDR R1, __OS_TCBCur //__OS_TCBCur DCD OSTCBCur

//當前任務（被中斷的任務）的任務控制塊OSTCBCur, OSTCBCur是當前任務控制 //塊的首地址，也代表了它的第一個成員的地址，所以下面其實是對他的第一個 //成員OS_STK *OSTCBStkPtr（指向任務的堆棧棧頂的指針）進行賦值

LDR R1, [R1] //將OSTCBStkPtr中保持的值賦給R1，該值指向任務的堆棧棧頂的指針

//即R1存儲被中斷的當前任務的堆棧棧頂的指針

STR R0, [R1] //將被中斷的當前任務的堆棧棧頂的指針存到PSP指向的堆棧中去，即保存被中斷 //任務所使用的堆棧棧頂的指針,上面其他的寄存器是任務被中斷的線場

OSPendSV_nosave 【上面的程序執行完后，接著繼續執行下面的程序】

PUSH {R14} //保存R14寄存器的值壓入到MSP指向的堆棧中，該寄存器在中斷返回時大有作用

LDR R0, __OS_TaskSwHook //調用回調函數鉤子函數

BLX R0

POP {R14}

-------------------------------------------

//相當于定義指針變量：__OS_PrioCur DCD OSPrioCur; __OS_PrioHighRdy DCD OSPrioHighRdy

LDR R0, __OS_PrioCur //INT8U OSPrioCur當前任務的優先級

LDR R1, __OS_PrioHighRdy //OSPrioHighRdy系統中最高的優先級

LDRB R2, [R1] //上面兩句是將變量的地址傳給了R0與R1，[R1]最高優先級的值存入R2

STRB R2, [R0] //將R2中的值存入到OSPrioCur變量中去（即接下來運行最高優先級任務）

//即實現：OSPrioCur = OSPrioHighRdy;

-------------------------------------------------

//相當于定義指針變量：__OS_TCBCur DCD OSTCBCur; __OS_TCBHighRdy DCD OSTCBHighRdy

LDR R0, __OS_TCBCur //R0=&OSTCBCur; OS_TCB *OSTCBCur; OS_TCB *OSTCBHighRdy;

LDR R1, __OS_TCBHighRdy //R1=&OSTCBHighRdy;這四句同理上面，OSTCBCur = OSTCBHighRdy

LDR R2, [R1] //R2 = *R1; R2=OSTCBHighRdy 指向優先級最高的任務的任務控制塊

STR R2, [R0] //*R0 = R2; 即實現：OSTCBCur = OSTCBHighRdy;

//系統中用OSPrioCur OSTCBCur 來表示正在運行的任務

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【通過R2(OSTCBHighRdy)將OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr的值賦給R0，再通過LDM將最高優先級任務的堆棧中保存好的R4-R11恢復到當前CPU的R4-R11寄存器中(這個過程與上面的保存過程是相逆的)，因為R0-R3,R12,R14,PSR和R15是硬件自動壓入任務的堆棧的，在中斷中后來再保存R4-R11的（是先對SP減了32后再保存，相當于SP的值沒有變化），且中斷退出時會自動彈出R0-R3,R12,R14,PSR，所以下面的代碼只要恢復最高優先級任務的R4-R11(OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr通過LDM自減了32,)，然后將加上32， OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr 相當于沒有變化，再將OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr賦給PSP,這樣硬件在中斷退出時會自動恢復 R0-R3,R12,R14,PSR ，這樣就完全恢復了，一運行就是最高優先級的任務了】

LDR R0, [R2] //[R2]為*OSTCBHighRdy，R2是4字節的寄存器,所以[R2]是OSTCBHighRdy //指向地址的后4個字節的值，即OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr,

//即 R0 = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr

LDM R0, {R4-R11} //將 OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr（R0）指向的堆棧（向下生長）棧頂后 //的32個字節依次存入R4-R11(R0的值自減，后綴為!表示自增），因為堆 //棧保持時是自減的，這里相當于恢復最高優先級任務的現場)

ADDS R0, R0, #0x20 //將R0的值加上0x20后賦給R0

MSR PSP, R0 //PSP <= R0

ORR LR, LR, #0x04 //按位或將LR的第二位置1，這樣中斷返回時，就將從進程的堆棧中做 //出棧操作，返回后使用PSP（否則將從主堆棧中做出棧操作，返回后 //使用MSP）

BX LR //中斷返回

xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0會被硬件按一定的次序壓入PSP所指向的堆棧中（同時被中斷的任務后面要恢復執行，還需保存R4-R11，保存后一定要保證堆棧指針指向硬件自動壓棧后的原位置，這樣硬件才能在恢復任務時硬件自動正確出棧）

2：在中斷中實現任務的切換

uC/OS II 的中斷服務函數必須遵循一定的架構來實現，

void SysTickHandler(void)

{

OS_CPU_SR cpu_sr;

OS_ENTER_CRITICAL(); //保存全局中斷標志,關總中斷

OSIntNesting++;

OS_EXIT_CRITICAL(); //恢復全局中斷標志

OSTimeTick();

OSIntExit(); //在os_core.c文件里定義,如果有更高優先級的任務就緒了,則執行一次任務切換

}

OSInit函數

系統初始化函數OSInit()初始化所有的變量和數據結構，同時也會建立空閑任務OS_TaskIdle(),該任務永遠處于就緒態，如果統計任務使能，那么他還要建立統計任務OS_TaskStat(),并使其進入就緒態。

空閑任務

OS_TaskIdle

uC/OS II總要建立一個空閑任務，idle task，這個任務在沒有其他任務進入就緒態時投入運行，它的優先級永遠設為最低優先級，即OS_LOWEST_PRIO，且空閑任務是不能被應用軟件刪除的；

空閑任務不停的給一個32位的OSIdleCtr的變量加1，統計任務用這個計數器變量確定當前應用軟件實際消耗CPU的時間，計數器加1前后分別關閉打開中斷，OS_TaskIdle可以借助OSTaskIdleHook()做CPU的睡眠等；OS_TaskIdle總是處于就緒態。

統計任務OS_TaskStat

只要將OS_TASK_STAT_EN宏使能，那么統計任務就會建立，一旦運行，它將每秒運行一次，計算當前CPU的利用率，將值放在OSCPUsage這個8位的變量中，用百分比表示，精度為1%.如果應用程序打算使用統計任務，那么必須在初始化時建立的第一個也是唯一的任務中調用統計任務初始化函數OSStatInit(),也就是在調用系統啟動函數OSStart前，用戶初始化代碼中必須先建立一任務，在這個任務中調用系統統計初始化函數OSStatInit,然后再建立應用程序中的其他任務。它的優先級是OS_LOWEST_PRIO-1

OSStart操作系統啟動函數

在uC/OS II啟動之前，至少須建立一個應用程序，因為如果使能統計任務，那么統計任務要求必須先建立一個也是唯一一個用戶任務后，再啟動系統，再創建其他的任務，如果什么任務都沒有建立，只要空閑任務，那系統也就一直空閑，所以需要先創建至少一個任務。

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uC/OS II 學習筆記

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