嵌入式学习之uCOS-II基础入门(十)

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任务控制块（Task Control Blocks, OS_TCBs）



一旦任务建立了，任务控制块OS_TCBs将被赋值。任务控制块是一个数据结构，当任务的CPU使用权被剥夺时，μC/OS-Ⅱ用它来保存该任务的状态。当任务重新得到CPU使用权时，任务控制块能确保任务从当时被中断的那一点丝毫不差地继续执行。OS_TCBs全部驻留在RAM中。任务建立的时候，OS_TCBs就被初始化了。

typedef struct os_tcb {

OS_STK*OSTCBStkPtr;

#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN

void*OSTCBExtPtr;

OS_STK*OSTCBStkBottom;

INT32UOSTCBStkSize;

INT16UOSTCBOpt;

INT16UOSTCBId;

#endif

struct os_tcb *OSTCBNext;

struct os_tcb *OSTCBPrev;

#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN || OS_SEM_EN

OS_EVENT*OSTCBEventPtr;

#endif

#if (OS_Q_EN && (OS_MAX_QS >= 2)) || OS_MBOX_EN

void*OSTCBMsg;

#endif

INT16UOSTCBDly;

INT8UOSTCBStat;

INT8UOSTCBPrio;

INT8UOSTCBX;

INT8UOSTCBY;

INT8UOSTCBBitX;

INT8UOSTCBBitY;

#if OS_TASK_DEL_EN

BOOLEANOSTCBDelReq;

#endif

} OS_TCB;

.OSTCBStkPtr是指向当前任务栈顶的指针。μC/OS-Ⅱ允许每个任务有自己的栈，尤为重要的是，每个任务的栈的容量可以是任意的。有些商业内核要求所有任务栈的容量都一样，除非用户写一个复杂的接口函数来改变之。这种限制浪费了RAM，当各任务需要的栈空间不同时，也得按任务中预期栈容量需求最多的来分配栈空间。OSTCBStkPtr是OS_TCB数据结构中唯一的一个能用汇编语言来处置的变量（在任务切换段的代码Context-switching code之中，）把OSTCBStkPtr放在数据结构的最前面，使得从汇编语言中处理这个变量时较为容易。
.OSTCBExtPtr指向用户定义的任务控制块扩展。。.OSTCBExtPtr只在函数OstaskCreateExt()中使用，故使用时要将OS_TASK_CREAT_EN设为1，以允许建立任务函数的扩展。例如用户可以建立一个数据结构，这个数据结构包含每个任务的名字，或跟踪某个任务的执行时间，或者跟踪切换到某个任务的次数。
.OSTCBStkBottom是指向任务栈底的指针。如果微处理器的栈指针是递减的，即栈存储器从高地址向低地址方向分配，则OSTCBStkBottom指向任务使用的栈空间的最低地址。类似地，如果微处理器的栈是从低地址向高地址递增型的，则OSTCBStkBottom指向任务可以使用的栈空间的最高地址。函数OSTaskStkChk()要用到变量OSTCBStkBottom，在运行中检验栈空间的使用情况。用户可以用它来确定任务实际需要的栈空间。这个功能只有当用户在任务建立时允许使用OSTaskCreateExt()函数时才能实现。这就要求用户将OS_TASK_CREATE_EXT_EN设为1，以便允许该功能。
.OSTCBStkSize存有栈中可容纳的指针元数目而不是用字节（Byte）表示的栈容量总数。也就是说，如果栈中可以保存1,000个入口地址，每个地址宽度是32位的，则实际栈容量是4,000字节。同样是1,000个入口地址，如果每个地址宽度是16位的，则总栈容量只有2,000字节。在函数OSStakChk()中要调用OSTCBStkSize。同理，若使用该函数的话，要将OS_TASK_CREAT_EXT_EN设为1。
.OSTCBOpt把“选择项”传给OSTaskCreateExt()，只有在用户将OS_TASK_CREATE_EXT_EN设为1时，这个变量才有效。μC/OS-Ⅱ目前只支持3个选择项（见uCOS_II.H）：OS_TASK_OTP_STK_CHK, OS_TASK_OPT_STK_CLR和OS_TASK_OPT_SAVE_FP。OS_TASK_OTP_STK_CHK用于告知TaskCreateExt()，在任务建立的时候任务栈检验功能得到了允许。OS_TASK_OPT_STK_CLR表示任务建立的时候任务栈要清零。只有在用户需要有栈检验功能时，才需要将栈清零。如果不定义OS_TASK_OPT_STK_CLR，而后又建立、删除了任务，栈检验功能报告的栈使用情况将是错误的。如果任务一旦建立就决不会被删除，而用户初始化时，已将RAM清过零，则OS_TASK_OPT_STK_CLR不需要再定义，这可以节约程序执行时间。传递了OS_TASK_OPT_STK_CLR将增加TaskCreateExt()函数的执行时间，因为要将栈空间清零。栈容量越大，清零花的时间越长。最后一个选择项OS_TASK_OPT_SAVE_FP通知TaskCreateExt()，任务要做浮点运算。如果微处理器有硬件的浮点协处理器，则所建立的任务在做任务调度切换时，浮点寄存器的内容要保存。
.OSTCBId用于存储任务的识别码。这个变量现在没有使用，留给将来扩展用。
.OSTCBNext和.OSTCBPrev用于任务控制块OS_TCBs的双重链接，该链表在时钟节拍函数OSTimeTick()中使用，用于刷新各个任务的任务延迟变量.OSTCBDly，每个任务的任务控制块OS_TCB在任务建立的时候被链接到链表中，在任务删除的时候从链表中被删除。双重连接的链表使得任一成员都能被快速插入或删除。
.OSTCBDly当需要把任务延时若干时钟节拍时要用到这个变量，或者需要把任务挂起一段时间以等待某事件的发生，这种等待是有超时限制的。在这种情况下，这个变量保存的是任务允许等待事件发生的最多时钟节拍数。如果这个变量为0，表示任务不延时，或者表示等待事件发生的时间没有限制。
.OSTCBStat是任务的状态字。当.OSTCBStat为0，任务进入就绪态。可以给.OSTCBStat赋其它的值，在文件uCOS_II.H中有关于这个值的描述。
.OSTCBPrio是任务优先级。高优先级任务的.OSTCBPrio值小。也就是说，这个值越小，任务的优先级越高。
.OSTCBX, .OSTCBY, .OSTCBBitX和.OSTCBBitY用于加速任务进入就绪态的过程或进入等待事件发生状态的过程（避免在运行中去计算这些值）。这些值是在任务建立时算好的，或者是在改变任务优先级时算出的。这些值的算法见程序清单L3.4。

程序清单L 3.4任务控制块OS_TCB中几个成员的算法
OSTCBY	= priority >> 3;
OSTCBBitY	= OSMapTbl[priority >> 3];
OSTCBX	= priority & 0x07;
OSTCBBitX	= OSMapTbl[priority & 0x07];

.OSTCBDelReq是一个布尔量，用于表示该任务是否需要删除，用法将在后面的章节中描述（见第4章 任务管理）

应用程序中可以有的最多任务数（OS_MAX_TASKS）是在文件OS_CFG.H中定义的。这个最多任务数也是μC/OS-Ⅱ分配给用户程序的最多任务控制块OS_TCBs的数目。将OS_MAX_TASKS的数目设置为用户应用程序实际需要的任务数可以减小RAM的需求量。所有的任务控制块OS_TCBs都是放在任务控制块列表数组OSTCBTbl[]中的。请注意，μC/OS-Ⅱ分配给系统任务OS_N_SYS_TASKS若干个任务控制块，见文件μC/OS-Ⅱ.H，供其内部使用。目前，一个用于空闲任务，另一个用于任务统计（如果OS_TASK_STAT_EN是设为1的）。在μC/OS-Ⅱ初始化的时候，如图3.2所示，所有任务控制块OS_TCBs被链接成单向空任务链表。当任务一旦建立，空任务控制块指针OSTCBFreeList指向的任务控制块便赋给了该任务，然后OSTCBFreeList的值调整为指向下链表中下一个空的任务控制块。一旦任务被删除，任务控制块就还给空任务链表。

图3.2空任务列表


就绪表（Ready List）

每个任务被赋予不同的优先级等级，从0级到最低优先级OS_LOWEST_PR1O，包括0和OS_LOWEST_PR1O在内（见文件OS_CFG.H）。当μC/OS-Ⅱ初始化的时候，最低优先级OS_LOWEST_PR1O总是被赋给空闲任务idle task。注意，最多任务数目OS_MAX_TASKS和最低优先级数是没有关系的。用户应用程序可以只有10个任务，而仍然可以有32个优先级的级别（如果用户将最低优先级数设为31的话）。
每个任务的就绪态标志都放入就绪表中的，就绪表中有两个变量OSRedyGrp和OSRdyTbl[]。在OSRdyGrp中，任务按优先级分组，8个任务为一组。OSRdyGrp中的每一位表示8组任务中每一组中是否有进入就绪态的任务。任务进入就绪态时，就绪表OSRdyTbl[]中的相应元素的相应位也置位。就绪表OSRdyTbl[]数组的大小取决于OS_LOWEST_PR1O(见文件OS_CFG.H)。当用户的应用程序中任务数目比较少时，减少OS_LOWEST_PR1O的值可以降低μC/OS-Ⅱ对RAM（数据空间）的需求量。
为确定下次该哪个优先级的任务运行了，内核调度器总是将OS_LOWEST_PR1O在就绪表中相应字节的相应位置1。
程序代码用于将任务放入就绪表。Prio是任务的优先级。

程序清单L3.5使任务进入就绪态

OSRdyGrp|= OSMapTbl[prio >> 3];

OSRdyTbl[prio >> 3] |= OSMapTbl[prio & 0x07];

Index	Bit Mask (Binary)
0	00000001
1	00000010
2	00000100
3	00001000
4	00010000
5	00100000
6	01000000
7	10000000

图3.3μC/OS-Ⅱ就绪表

如果一个任务被删除了，则用程序的代码做求反处理。

程序清单L3.6从就绪表中删除一个任务

if ((OSRdyTbl[prio >> 3] &= ~OSMapTbl[prio & 0x07]) == 0)

OSRdyGrp &= ~OSMapTbl[prio >> 3];

以上代码将就绪任务表数组OSRdyTbl[]中相应元素的相应位清零，而对于OSRdyGrp，只有当被删除任务所在任务组中全组任务一个都没有进入就绪态时，才将相应位清零。也就是说OSRdyTbl[prio>>3]所有的位都是零时，OSRdyGrp的相应位才清零。为了找到那个进入就绪态的优先级最高的任务，并不需要从OSRdyTbl[0]开始扫描整个就绪任务表，只需要查另外一张表，即优先级判定表OSUnMapTbl([256])(。OSRdyTbl[]中每个字节的8位代表这一组的8个任务哪些进入就绪态了，低位的优先级高于高位。利用这个字节为下标来查OSUnMapTbl这张表，返回的字节就是该组任务中就绪态任务中优先级最高的那个任务所在的位置。这个返回值在0到7之间。确定进入就绪态的优先级最高的任务是用以下代码完成的，如程序所示。
[table][tr][td=1,1,552]找出进入就绪态的优先级最高的任务
[/td][/tr][tr][td=1,1,552]y= OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
[/td][/tr][tr][td=1,1,552]x= OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
[/td][/tr][tr][td=1,1,552]
<span style="font-size: 16px;">prio = (y