μC／OS-III的內核對象解析

摘要：μC／OS-III是Micrium公司于2011年8月1日發布的第三代占先式硬實時系統，雖然其某些功能弱于Linux、Android等市場占有率極高的系統，但其優點也是顯而易見的，如強實時性、微內核、對微處理器的要求低等。本文對μC／OS-III的內核對象進行詳細的分析。
關鍵詞：μC／OS-III；μC／OS-III內核對象；信號量；消息隊列；事件標志組

引言
近年來，隨著數字化技術的飛速發展，嵌入式產品應用在我們生活中的各個方面。嵌入式操作系統作為嵌入式產品的核心，起著越來越重要作用。μC／OS系列主要面向于對實時性、容錯能力等要求較高的工業操作系統。
μC／OS-III的內核對象相對于μC／OS-II有著較大的改變。其內核對象的結構更加完善。各內核對象都內置時間戳變量，使任務進行與實時性相關的調試更加便捷。任務內建消息隊列后，中斷程序可以直接發送消息給任務而不通過消息隊列，這在一些采集信號頻繁的應用中能大大提高其實時處理能力，從而提高整個系統的效率。

1 μC／OS-III內核對象的解析
1．1 信號量
信號量常用于任務間的同步和互斥。創建信號量的前提條件是分配一個OS_SEM類型的結構體，信號量的信息均存儲于該結構體中。此外，還需在程序中調用OS-ScmCreate()函數后μC／OS-III才能識別該信號量。

其參數分別為OS_SEM結構體地址、信號量名、初始信號量計數值、錯誤代號。
任務可調用OSSemPcnd()等待該信號量而被掛起。

其參數分別為OS_SEM結構體地址、等待期滿值、信號量失效模式、時間戳、錯誤代號。
等待期滿值：該值在其變量類型范圍內任意設定，如果非0，則該任務對信號量的等待期為所設置的值。如果為0，則任務無限等待，除非其他任務調用OSSemPendAbort()取消了該函數繼續等待信號量的到來。
信號量失效模式：若該任務所等待的信號量無定義或已被刪除，選擇OS_OPT_PEND_BLOCKING，任務被掛起；選擇OS_OPT_PEND_NON_BLOC KING，函數返回錯誤代號且任務繼續執行。
有關信號量的函數：
信號量提交OSSemPend()
信號量刪除 OSSemDel()
取消另一個任務等待信號量 OSSemPendAbort()
設置信號量計數值 OSSemSet()
信號量中還包括互斥信號量MUTEX，其結構與普通的信號量一樣，但為了區分，μC／OS-III為其重新定義了結構體類型OS_MUTEX，互斥信號量用于臨界資源的訪問。
1．2 消息隊列
消息中承載的可以是數據區地址，也可以是函數的地址。任務得到其地址后便可訪問目標數據或目標函數。消息存在于消息隊列中，使用消息的前提是創建消息隊列，每個消息隊列需創建一個OS_Q類型的結構體用于存儲該消息隊列的相關數據。結構體OS_MSG_Q是消息隊列構成的主要部分，其中存儲著消息隊列中首個消息和最后一個消息的地址，而消息中會保存后一個消息的地址，形成隊列。這樣，μC／OS-III就能高效地訪問到消息隊列中的每個消息。在程序中調用OSQCreate()函數后μC／OS-III才能識別用戶創建的消息隊列。消息隊列及其消息如圖1所示。

消息隊列創建函數為：

其參數分別為：消息所被存放的消息隊列地址、消息隊列的名字、消息隊列中所能存放的消息個數、錯誤代號。
消息提交函數為：

其參數分別為：消息所被存放的消息隊列地址、消息所承載的數據的地址、消息所承載數據的字節數、消息的提交方式、錯誤代號。
消息提交的方式共有4種：
OS_OPT_POST_ALL消息提交給所有在隊列中等待的任務。
OS_OPT_POST_FIFO消息提交到消息隊列的隊尾。
OS_OPT_POST_LIFO消息提交到消息隊列的隊首。
OS_OPT_POST_NO_SCHED 消息被提交到消息隊列，但不馬上調用調度器。
消息掛起函數為：

其參數分別為：消息所被存放的消息隊列地址、任務等待期滿時間、消息隊列失效模式、消息所承載數據的大小、時間戳、錯誤代號。
任務等待期滿時間是以時基為單位的。時間戳變量中保存了任務接收到消息時的時間戳、任務被取消等待該消息時的時間戳、消息隊列被刪除時的時間戳。用戶也可以傳入參數((CPU_TS*)0)不接收這個時間戳。錯誤代號中蘊含著函數的執行結果。
需注意的是該函數有返回值，返回的是接收到消息中所指向數據區的地址。
消息隊列的其他API：
刪除消息隊列 OSQDel()
清空消息隊列 OSQFlush()
取消任務等待該消息 OSQPendAbort()
以上函數均用于操作外建消息隊列，μC／OS-III最讓人振奮的就是任務可以內建消息隊列，這不僅提高了μC／OS-III的效率，還簡化了程序代碼。
任務內建消息隊列的API如下：
任務等待消息 OSTaskQPend()
發送消息給消息隊列 OSTaskQPost()
清窄消息隊列 OSTaskQFlush()
取消任務等待該消息 OSQPendAbort()
外部消息隊列及任務內建消息隊列如圖2所示。

1．3 事件標志組
事件標志組創建函數為：

其參數分別為：事件標志組的地址、事件標志組的名字、初始化事件標志組、錯誤代號。
事件標志組掛起函數為：

其參數分別為：事件標志組的地址、任務所等待的標志位、任務等待期滿時間、事件標志組的方式、時間戳、錯誤代號。
事件標志組的方式選擇需分為兩部分：一部分為事件標志組失效時的處理方式，可選擇OS_OPT_PENDBLOCKING和OS_OPT_PEND_NON_BLOCKI NG；另一部分是任務等待事件標志位的方式。
所等待的標志位全部被清零：OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_AND
所等待的標志位或操作為0：OS_OPT_PEND_FLAG_CLR_OR
所等待的標志位全部被置位：OS_OPT_PEND_FLAG_SET_AND
所等待的標志位或操作為1：OS_OPT_PEND FLAG_SET_OR
事件標志提交函數為：

其參數分別為：事件標志組的地址、此函數中被操作的位、置位或清零、錯誤代號。
事件標志組的其他API：
刪除事件標志組 OSFlagDel()
取消任務等待事件標志組 OSFlagPendAbort()
獲取事件標志組中任務所關心的位 OSFlagPendGetFlagsRdy()
事件標志組實現任務間的通信如圖3所示。

2 小結
μC／OS-III任務間的通信常通過信號量、消息隊列、事件標志組實現。信號量的通信類似于任務間打招呼，如判斷某條件是否成立。消息隊列可分為任務內建消息隊列和外部消息隊列，任務內建消息隊列一般用于接收少量消息(如中斷程序發送過來的消息)，外部消息隊列主要面向于多個任務共同等待的消息。事件標志組則用于多個任務間的同步。