ucosii實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通信機(jī)制之內(nèi)核分析

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1、μC/OS-II通信機(jī)制之內(nèi)核分析摘要：本文主要著重對μC/OS-III通信機(jī)制的內(nèi)核分析，研究μC/OS-II內(nèi)核通信機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式及實(shí)現(xiàn)的技巧，同時(shí)分析其中不足之處。1．引言μC/OS-II是一種可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，搶占式的，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。它被廣泛應(yīng)用于微處理器、微控制器和數(shù)字信號處理器。uC/OS-II只是一個實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于uC/OS-II良好的可擴(kuò)展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己

2、根據(jù)需要分別實(shí)現(xiàn)。μC/OS-II這款操作系統(tǒng)內(nèi)核簡單易學(xué)，通過對其源代碼的分析，可以加深我們對操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，為學(xué)習(xí)linux等大型操作系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。2．操作系統(tǒng)中任務(wù)間的通信機(jī)制內(nèi)核中多個任務(wù)之間不可避免的存在相互協(xié)同的關(guān)系，來完成一定的內(nèi)核功能。這種協(xié)同最直觀的就是任務(wù)間相互通信。。包括VxWorks等所有的嵌入式操作系統(tǒng)一般都會提供許多任務(wù)間通信的方法，通常包括：（1）共享內(nèi)存，數(shù)據(jù)的簡單共享。（2）信號量，基本的互斥和同步。（3）消息隊(duì)列和管道，同一CPU內(nèi)多任務(wù)間消息傳遞。（4）Socket和遠(yuǎn)程調(diào)用，任務(wù)間透明的網(wǎng)絡(luò)通信。（5）Signals，用于異常

3、處理。在μC/OS-II中設(shè)計(jì)了五種通訊機(jī)制，或者說是同步機(jī)制，分別是信號量（semaphore），互斥體（mutualexclusionsemaphore），事件組（eventflag），郵箱（messagebox）和隊(duì)列（queue）。3.uC/OS-II中通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)的方式分析在uC/OS-II中是如何通信機(jī)制呢？這幾種通信機(jī)制有什么關(guān)系？或者說有什么共同點(diǎn)有什么不同點(diǎn)？在實(shí)現(xiàn)上有哪些步驟是相同的？下面將就這幾個問題進(jìn)行分析論述。我們知道通信機(jī)制是發(fā)生在任務(wù)之間的，換句話說任務(wù)與通信機(jī)制存在著關(guān)聯(lián)。在內(nèi)核又是如何處理這種關(guān)聯(lián)呢？通信機(jī)制具體來說是信號量,互斥量，郵

4、箱，隊(duì)列等。通信機(jī)制協(xié)調(diào)的關(guān)系一般是針對兩個以上的任務(wù)，比如說當(dāng)兩個任務(wù)互斥的訪問共享資源，就需要一個互斥量，這個互斥量就關(guān)聯(lián)著這兩個任務(wù)。同樣的道理，其他通信機(jī)制也是關(guān)聯(lián)著兩個以上的任務(wù)。那么設(shè)計(jì)內(nèi)核時(shí)就要考慮如何將他們的關(guān)系有效協(xié)調(diào)地統(tǒng)一管理起來。在內(nèi)核中是通過一個事件控制塊來實(shí)現(xiàn)通信機(jī)制與任務(wù)的聯(lián)系。這里所說的事件就是指任務(wù)間進(jìn)行通信時(shí)傳遞信號的統(tǒng)稱。這里其實(shí)是利用到了一種抽象的思想，即將各種通信機(jī)制的共同點(diǎn)抽象出來，于是內(nèi)核就設(shè)計(jì)了一個事件控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所有通信機(jī)制都會用到的，這樣的設(shè)計(jì)就節(jié)省了不少代碼，因?yàn)橛泄餐c(diǎn)意味著有重復(fù)代碼。既然知道了

5、事件控制塊是實(shí)現(xiàn)通信機(jī)制代碼共享的關(guān)鍵，那么下面我們就來分析下它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。typedefstruct{INT8UOSEventType;//事件類型INT8UOSEventGrp;//等待任務(wù)所在的組INT16UOSEventCnt;//當(dāng)事件是信號量時(shí)的計(jì)數(shù)器voidOSEventPtr;//指向消息或消息隊(duì)列的指針I(yè)NT8UOSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//等待任務(wù)列表}OS_EVENT;第一個變量是事件類型，它可以是信號量，互斥型信號量，郵箱或是消息隊(duì)列中的一種。OSEventPtr是一個泛型指針，只在所定義的事件是郵箱或者消息隊(duì)列

6、時(shí)才會用到，用來指向一個消息，指針類型設(shè)計(jì)成泛型的，這是一個設(shè)計(jì)技巧，因?yàn)檫€不知道具體的消息是什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。OSEventGrp和OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]用來控制等待某事件的任務(wù)，換句話說是等待某事件的任務(wù)列表信息。通過查詢這個列表信息可以知道有哪些任務(wù)在等待這個事件。OSEventCnt是計(jì)數(shù)器，當(dāng)事件定義的是信號量或者是互斥型信號量時(shí)會用到。從這個事件控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)我們可以看出，它是具有抽象性質(zhì)的，即可以定義成不同的事件類型，可根據(jù)具體情況進(jìn)行不同類型的定義，它具有一定的通用性，又具有一定的針對性（如OSEventPtr只

7、對郵箱或者消息隊(duì)列有用）。也就是說這樣的設(shè)計(jì)抽象的程序不夠，存在著一定的數(shù)據(jù)冗余，比如說當(dāng)事件定義成信號量時(shí)，根本用不到OSEventPtr這個變量，它就相當(dāng)是一個冗余變量，這是內(nèi)核設(shè)計(jì)存在的一個缺陷。下面分析下事件控制塊是如何管理其等待的任務(wù)。首先等待一個事件的任務(wù)可能是多個，而且任務(wù)加入等待列隊(duì)的時(shí)間不一樣，那么又如何合理地安排它們的等待順序呢？在內(nèi)核中又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？當(dāng)一個事件發(fā)生后，該事件的等待事件列表中優(yōu)先級最高的任務(wù)得到該任務(wù)。事件等待列表是利用OSEventGrp和OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]