嵌入式简易操作系统剖析(一)

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这是我的第三十篇原创文章

上周没有写啥笔记，心情不太好，就给自己放个假，这周咱们继续写一些东西，在任何时候，学习还有有所必要的，无论学啥。本来想写写关于编程的设计模式，但是这东西比较抽象，换句话，我也没能很好的掌握，咱们还是找个时间在说设计模式。那么这周我们聊聊ucos的一些实现过程吧，可能很多人都知道这东西，但是不太了解他们的实现，咱们还是说说这个简单的操作系统的简易实现，我写这玩意儿只是简易的讲下，具体的还是得自个儿看源码。
ucos源码可能也就5000来行的样子，但是他的功能确实强大的，是一个实时多任务的操作系统内核。那什么是多任务呢？
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多任务概念操作系统就不多说了，我们只要知道他是在硬件之上，应用软件之下的软件平台，windows就是例子。咱么说说多任务，我们用电脑可以听歌，上网，看电影。可以同时提执行多个并行任务，并且各个任务之间相互独立互不影响，在宏观上像并发运行。
其实我们知道CPU只有一颗，不可能做到他并发运行，只有不同的任务轮流使用CPU资源，本质上还是单任务。只是CPU运行的比较快让我们感觉是多任务在跑而已。
我们使用多任务还有一个好处，很好的使用CPU资源。因为我们在delay的时，CPU其实是在空跑，这样显得有点资源浪费，在多任务是延时时候会自动调用其他任务，这样就充分的利用CPU资源，提高使用效率。
任务有三态，运行态，就绪态和挂起态。下面分析任务之间的转化。


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任务调度假设我们定义一个就绪列表为一个32位的数据，例如：

我们知道如何在登记表中表示任务的状态，这不够，我们还得知道任务应该选择合适的任务调度，就是系统如何知道我们要调度哪个任务?这个时候就引入优先级的概念，为每个任务安排一个唯一的优先级别，当同时有多个任务就绪时，优先运行优先级较高的任务就可以解决这个问题。
同时的，任务的优先级也是作为任务的唯一标识，这就表示在ucos中是不允许两个任务处于同一个优先级的。
所以我们在使用ucos时候会常定义这样的宏，一般来说，数字越低表示优先级越高。

这中还有一个概念：抢占式调度，一旦就绪状态中出现优先权更高的任务，便立即剥夺当前任务的运行权，把 CPU 分配给更高优先级的任务。这样 CPU 总是执行处于就绪条件下优先级最高的任务。
要实现运行高优先级任务，我们得知道那个优先级的任务比较高，所以就得找到任务优先级高的任务，代码可以如下：

代码中判断优先级从高到低查找，找到数据中某位数据位为1为止，这就表示找到优先级高的任务了，直接返回或者赋值给变量。代码中这样写不是特别的好，原因有二。其一：这个函数是不可重入的函数；其二，实时操作系统有一个特征就是延时可预测，然而这种算法的延时任务的数量的变化而不同，但是这种算法是最简单的。
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多任务时间管理在多任务做，也是需要一个心跳来维持系统的正常运行，和晶振一样。在系统中一般利用一个固定周期的中断来充当。所以一般在任务中有一个任务级别的延时。这个函数比较简单。就是就是先挂起当起当前任务，设定其延时节拍数，然后进行任务切换，在指定的时钟节拍数到来之后，将当前任务恢复为就绪状态。任务必须通过 任务延时 或 任务挂起的方式 让出 CPU的使用权，使更低优先级任务有机会运行。代码实现可以如下：

代码中有一个临界区，这个临界区的实现就是关闭中断的方式，就不多讲了。在延时函数中， 定时器的中断服务函数依次对各个延时任务的延时节拍数减 1。若发现某个任务的延时节拍数变为 0，则把它从挂起态置为就绪态。中断服务函数可以如下：

实际上任务心跳（定时器中断）做的是任务的刷新工作，因为任务要轮流的使用CPU的使用权限。实际上系统会自动的创建一个空闲任务，为了不让系统空跑，闲置资源。他的任务优先级是最低的，做一些无关紧要的工作，类似CPU的使用率之类的。所以像这种空闲任务是一直处于就绪状态。
好了今天就写这么多了，下篇文章写如何实现多任务，这篇只是介绍了多任务的一些前提概要，比较简单。关于笔记什么的之后写完一起发吧。周末愉快。

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