?? ——uc-os-ii任務(wù)棧處理的一種改進(jìn)方法.htm
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width=16>每周自動接收行業(yè)新聞，技術(shù)資料，設(shè)計(jì)文章</FONT></MARQUEE></TD>
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<TD align=middle height=31><FONT size=4><B>uC/OS-II任務(wù)棧處理的一種改進(jìn)方法
</B></FONT></TD></TR>
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<TD align=middle height=15>文章作者：彭良清<BR>文章類型：設(shè)計(jì)應(yīng)用
文章加入時(shí)間：2003年8月18日0:34</TD></TR>
<TR>
<TD align=right><FONT color=#cc0000>文章出處：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用</FONT> </TD></TR>
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<P class=MsoNormal><SPAN
style="FONT-FAMILY: 宋體; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">
<B>摘要：</B></SPAN>在μC/OS-II內(nèi)核中，各個(gè)不同的任務(wù)使用獨(dú)立的堆棧空間，堆棧的大小按每個(gè)任務(wù)所需要的最大堆棧深度來定義，這種方法可能會造成堆?？臻g浪費(fèi)。本文敘述如何在RTOS中多個(gè)任務(wù)共用連續(xù)存儲空間作為任務(wù)棧的方法，并詳細(xì)比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。</P>
<P class=MsoNormal><SPAN
style="FONT-FAMILY: 宋體; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">
<B>關(guān)鍵詞：</B></SPAN>μC/OS-II 任務(wù)堆棧 RTOS 共用空間堆棧</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">關(guān)于μC/OS-II這個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核及其應(yīng)用已經(jīng)有很多文章介紹了，對于學(xué)習(xí)RTOS的人來說，這個(gè)系統(tǒng)是很好的學(xué)習(xí)起點(diǎn)。雖然文獻(xiàn)[1]的源代碼沒有行號和函數(shù)名交叉索引表等，給源代碼閱讀造成一些困難（可使用BC31的grep查找功能，提高閱讀效率），好在代碼不是很長，前面又有詳細(xì)的中文說明，對于有一定X86匯編和C語言基礎(chǔ)的人來說，仍然可以在不長的時(shí)間內(nèi)掌握。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">μC/OS-II內(nèi)核是一個(gè)搶先式內(nèi)核，可以進(jìn)行任務(wù)間切換，也可以讓一個(gè)任務(wù)在得不到某個(gè)資源時(shí)休眠一定時(shí)間后再繼續(xù)運(yùn)行；提供了用于共享資源管理的信號燈，用于進(jìn)程通信的消息隊(duì)列和郵箱，甚至提供了存儲器管理機(jī)制，一個(gè)比較全面的系統(tǒng)。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">μC/OS-II內(nèi)核有些地方仍然值得改進(jìn)，比如該系統(tǒng)不支持時(shí)間片調(diào)度。如果有一個(gè)任務(wù)中一段死循環(huán)代碼（或者條件循環(huán)代碼），代碼就會永遠(yuǎn)（或長時(shí)間）在此處執(zhí)行，調(diào)度程序無法控制，其它任務(wù)也就是不到及時(shí)執(zhí)行。這種搶先式實(shí)際上和非搶先式系統(tǒng)存在著同樣問題。當(dāng)然，如果這種代碼不一個(gè)BUG，問題是可以解決的，在不提供時(shí)間片調(diào)度的搶先式系統(tǒng)中，一般采取信號燈，或者任務(wù)主動休眠的方法（對于μC/OS-II，很容易改造成支持時(shí)間片調(diào)度，只要在定時(shí)中斷服務(wù)程序調(diào)用OSIntCtxSw()函數(shù)即可）；非搶先式系統(tǒng)一般采取有限狀態(tài)機(jī)方法，不使用這種耗時(shí)很長的循環(huán)代碼。不過，無論如何，對RTOS的使用者來說，這畢竟會使得任務(wù)函數(shù)的編碼不能隨心所欲。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">ΜC/OS-II內(nèi)核的另外一個(gè)值得改進(jìn)的地方就是其任務(wù)棧管理方法。在μC/OS-II內(nèi)核中，各個(gè)不同的任務(wù)使用獨(dú)立的堆棧空間，堆棧的大小按每個(gè)任務(wù)所需要的最大堆棧深度來定義，這種方法可能會造成堆?？臻g的浪費(fèi)。下面討論如何在RTOS中多個(gè)任務(wù)共用一段連續(xù)存儲空間作為傻堆棧。<B><BR><IMG
height=246 hspace=10 src="——uC-OS-II任務(wù)棧處理的一種改進(jìn)方法.files/5a.gif"
width=549 vspace=10 border=0><BR>1 任務(wù)切換要保存的數(shù)據(jù)</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">簡單地說，一個(gè)任務(wù)可看作一個(gè)運(yùn)行中的C函數(shù)。對于搶先式RTOS來說，在任務(wù)切換時(shí)，應(yīng)保存當(dāng)前任務(wù)的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)。現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括局部變量、各個(gè)CPU寄存器、堆棧指針和程序被中止的任務(wù)指針。CPU寄存器是任何任務(wù)代碼均會用到的；而局部變量，一般的編譯器是將其它安排在堆?？臻g中，堆棧指針也是各任務(wù)公用的，所以也需要保存。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">對于全局變量，由于一般是在內(nèi)存中的固定位置，各任務(wù)所占用的空間完全獨(dú)立，所以不需要保存。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">在X86環(huán)境中，要保存的CPU寄存器共14個(gè)16位寄存器；通用寄存器8個(gè)（AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、BI）、段寄存器4個(gè)（CS、DS、ES、SS）以及指令指針I(yè)P和標(biāo)志寄存器FR各1個(gè)。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>2 C編譯器中變量在堆棧中的位置</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">對于一個(gè)存在函數(shù)調(diào)用嵌套的C程序來說，大部分編譯器將傳遞的參數(shù)和函數(shù)本身的局部變量放在了堆棧中，編譯器會自動生成壓棧（push）和彈棧（pop）代碼，以保存上級函數(shù)的運(yùn)行寄存器。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">假設(shè)函數(shù)main（）調(diào)用funl()，而funl（）調(diào)用fun2（），則在執(zhí)行fun2()中的代碼時(shí)，堆棧映像如圖1所示（X86
CPU的情況）。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">對于RTOS軟件，堆棧中的各種數(shù)據(jù)就是一個(gè)任務(wù)的作現(xiàn)場。一般CPU的堆棧指針SP只有一個(gè)，在進(jìn)行任務(wù)切換時(shí)，必須將掛起任務(wù)所使用的堆棧內(nèi)容保存起來，以便使該任務(wù)在下次喚醒時(shí)能從原地繼續(xù)運(yùn)行。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>3 μC/OS-II對任務(wù)棧的處理方法與缺陷</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">μC/OS-II為了保存任務(wù)堆棧中的數(shù)據(jù)，對每個(gè)任務(wù)定義一個(gè)數(shù)組變量作為堆棧，在任務(wù)切換時(shí)，將CPU堆棧指針SP指向該數(shù)組中的某個(gè)元素，即棧頂，如圖2所示。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">比如，在其ex21.c文件中定義的任務(wù)堆棧語句為：</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">OS_STK TaskStartStk[TASK_STK_SIZE];
/*啟動任務(wù)堆棧*/</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">OS_STK TaskClkStk[TASK_STK_SIZE];
/*時(shí)鐘任務(wù)堆棧*/</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">OS_STK TasklStk[TASK_STK_SIZE];
/*任務(wù)1#，任務(wù)堆棧*/</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">……</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">以上各任務(wù)堆棧數(shù)組變量在初始化函數(shù)OSTCBInit()中被會給了任務(wù)控制塊OS_TCB的OSTCBStkPtr變量。在任務(wù)切換時(shí)，μC/OS-II調(diào)用OSCtxSw匯編過程（OS_CPU_A.ASM文件），將CPU的SP指針指向該變量，從而使每個(gè)任務(wù)使用獨(dú)立的任務(wù)堆棧。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">LES BX，DWORD PTR DS：_OSTCBCur</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">；保存掛起任務(wù)的堆棧指針SP</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">MOV ES：[BX+2]，SS</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">MOV ES：[BX+0]，SP</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">……</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">LESB X，DWORD PTR DS：_OSTCBHighRdy
；切換SP到要運(yùn)行任務(wù)的堆?？臻g</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">MOV SS，ES：[BX+2]</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">MOV SP，ES:[BX]</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">……<BR><IMG height=279 hspace=1
src="——uC-OS-II任務(wù)棧處理的一種改進(jìn)方法.files/5b.gif" width=382 align=right
vspace=1 border=0><BR> <SPAN
class=main1>在代碼中，變量OSTCBHighRdy（OSTCBCur）和堆棧指針變量OSTCBStkPtr的數(shù)值是同同的，因?yàn)镺STCBStkPtr是結(jié)構(gòu)OSTCBHighRdy的第一個(gè)變量。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">這種任務(wù)棧處理方法的缺點(diǎn)是可能造成空間的浪費(fèi)。因?yàn)橐粋€(gè)任務(wù)如果堆棧滿了，該任務(wù)也就無法運(yùn)行，即使其它任務(wù)的堆棧還有空間可用。當(dāng)然，這種方法的好處是任務(wù)棧切換的時(shí)間非常短，只需要幾條指令。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>4 共用空間的堆棧處理方法</B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">（1）棧共用連續(xù)存儲空間</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">如果多個(gè)任務(wù)使用同一段連續(xù)空間作為堆棧，這樣各個(gè)堆棧之間就可以互補(bǔ)使用。在前面說過，共用空間的問題在于一個(gè)任務(wù)運(yùn)行時(shí)不能破壞其它任務(wù)的堆棧數(shù)據(jù)。為簡單起見，先看圖3所示兩個(gè)任務(wù)的情況。</P>
<P
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