📄 ——嵌入式系统通用的应用软件结构研究.htm
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<TD align=middle height=31><FONT size=4><B>嵌入式系统通用的应用软件结构研究
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<TD align=middle height=15>文章作者：崔树林<BR>文章类型：设计应用
文章加入时间：2003年10月31日2:48</TD></TR>
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<TD align=right><FONT color=#cc0000>文章出处：单片机及嵌入式系统应用</FONT> </TD></TR>
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<P class=MsoNormal><SPAN
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<B>摘要：</B></SPAN>嵌入式实时多任务操作系统在软件编程上有一定的相似性。这种相似的特性，使得我们可以将个别系统的编程经验推广到更多的系统上。本文就μC/OS-II内核的任务管理和内存管理进行基本的介绍，并介绍一个通用的应用软件结构。然后，与之相对应，提供两个不同操作系统下的应用实例。</P>
<P class=MsoNormal><SPAN
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<B>关键词：</B></SPAN>嵌入式系统 多任务 编程</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>引言</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">嵌入式系统的面向应用特性，使得大多数程序员沉陷于不同的应用中。在进入新的一轮开发后，往往只有一些简单的经验可供参考。为了加快应用的开发进度，有必要研究一种统一的应用软件结构，使开发人员能够通过简单模式套用，简化大量系统研究方面的工作，以加快嵌入式开发人员对新系统的理解和使用。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">操作系统<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>和ECOS（Embedded Configurable
OS）是我在研发过程中使用过的两个系统。这两个源码公开的系统是我们研究的基础。开发平台依次是PC机和EP7212开发板。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>1 <FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>内核</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">对于一个嵌入式系统内核，我们最关心的是：任务调度、内存管理及时间特性等。这里，只介绍与多任务编程联系最多的任务调度和内存管理。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">1.1 任务调度</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">任务的状态有休眠、就绪及运行几种。任务调度就是遵循一定的原则，使多个任务共同使用同一处理机的过程。这一过程主要是通过对任务控制块（TCB）的管理来实现的。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">当一个任务建立时，<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>系统为其所对应的OS_TCB赋值；当任务的CPU使用权被剥夺时，系统用OS_TCB来保存该任务的状态；当任务重新得到CPU使用权时，系统就可通过任务控制埠来使任务从被中断处继续执行下去。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">在<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>中，TCB内包含如下基本项：</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">*OSTCBStkPtr是一个指向当前任务栈顶的指针，通过允许每个任务拥有自己的栈来减小系统的内存开销；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*OSTCBNextOSTCBPrev用于任务控制块的双重链接；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*OSTCBDly用于任务延时或超时限制；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*OSTCBStat任务的状态字，0表示就绪态；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*OSTCBPrio任务的优先级，值越小，优先级越高。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">在<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>中，还有两个与任务调度相关的结构就绪表和估级判定表。就绪表中有两个变量用来存放每个任务的就绪标志。通过分组与优先级表中的项实现一一对应，进而确定进入就绪态的优先级最高的任务。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">任务调度算法原型：</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*关中断；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*取优先级最高的就绪任务；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*若不是当前任务，则进行任务切换；</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">*开中断。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">任务切换中两步完成：将被挂起的任务的微处理器寄存器堆入栈，然后，将较高优先级的任务的寄存器值从栈中恢复到寄存器中。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">1.2 内存管理</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">在嵌入式系统中，为了更高效地使用内存，除了常规的malloc()和free（）外，通常提供不同的内存组织形式，以满足特殊应用的需求。<FONT
face=Arial>ΜC/OS-II</FONT>中，操作系统把连续的大块内存按分区来管理，每个分区中包含整数大小相同的内存块。利用这种机制，<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>对malloc()和free（）进行改造，使得它们可分配和释放固定大小的内存块，并且使这两个函数的执行时间也固定下来。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">为了使用户能得到需大小的内存块，在一个系统中可以多个内存分区，应用程序可以从不同的内存分区中取得不同大小的内存块。唯一要注意的是，不同的内存块在释放时必须重新放回它以前所属的内存分区。采用上述的内存管理算法，解决了内存碎片的问题。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">为了跟踪每一个内存分区，<FONT
face=Arial>μC/OS-II</FONT>使用了内存控制块的数据结构，主要有：</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">OSMemAddr—指向内存分区起始地址的指针；</P>
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