（学习日记）2024.03.06：UCOSIII第八节：空闲任务+阻塞延时+main函数修改

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
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2024.03.05

  • 十八、UCOSIII：空闲任务
    • 1、阻塞延时与空闲任务介绍
    • 2、定义空闲任务栈
    • 3、定义空闲任务TCB
    • 4、定义空闲任务函数
    • 5、空闲任务初始化
  • 十九、UCOSIII：实现阻塞延时
    • 1、阻塞延时函数
    • 2、记录任务需要延时的时间
    • 3、任务切换的部分修改
    • 4、修改中断服务函数
  • 二十、UCOSIII：修改main()函数
    • 1、程序代码
    • 2、编译调试

十八、UCOSIII：空闲任务

1、阻塞延时与空闲任务介绍

在之前的十七章中，任务体内的延时使用的是软件延时，即让CPU空等来达到延时的效果。
使用RTOS的很大优势就是榨干CPU的性能， 永远不能让它闲着，任务如果需要延时也就不能再让CPU空等来实现延时的效果。

RTOS中的延时叫阻塞延时，即任务需要延时的时候， 任务会放弃CPU的使用权，CPU可以去干其他的事情，当任务延时时间到，重新获取CPU使用权，任务继续运行， 这样就充分地利用了CPU的资源，而不是干等着。

当任务需要延时，进入阻塞状态，那CPU又去干什么事情了？
如果没有其他任务可以运行，RTOS都会为CPU创建一个空闲任务， 这个时候CPU就运行空闲任务。

在μC/OS-III中，空闲任务是系统在初始化的时候创建的优先级最低的任务，空闲任务主体很简单， 只是对一个全局变量进行计数。
鉴于空闲任务的这种特性，在实际应用中，当系统进入空闲任务的时候， 可在空闲任务中让单片机进入休眠或者低功耗等操作。

2、定义空闲任务栈

空闲任务栈在os_cfg_app.c文件中定义
在这里插入图片描述

#include <os_cfg_app.h>
#include <os.h>/*
************************************************************************************************************************
*                                                    DATA STORAGE
************************************************************************************************************************
*/CPU_STK        OSCfg_IdleTaskStk   [OS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE];/*
************************************************************************************************************************
*                                                      CONSTANTS
************************************************************************************************************************
*//* 空闲任务堆栈起始地址 */
CPU_STK      * const  OSCfg_IdleTaskStkBasePtr   = (CPU_STK    *)&OSCfg_IdleTaskStk[0];
/* 空闲任务堆栈大小 */
CPU_STK_SIZE   const  OSCfg_IdleTaskStkSize      = (CPU_STK_SIZE)OS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE;

  • CPU_STK OSCfg_IdleTaskStk [OS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE];
    空闲任务的栈是一个定义好的数组，大小由OS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE这个宏控制。 OS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE在os_cfg_app.h这个头文件定义，大小为128
    在这里插入图片描述

  • CPU_STK * const OSCfg_IdleTaskStkBasePtr = (CPU_STK *)&OSCfg_IdleTaskStk[0];
    空闲任务的栈的起始地址和大小均被定义成一个常量，不能被修改。
    变量OSCfg_IdleTaskStkBasePtr和OSCfg_IdleTaskStkSize同时还在os.h中声明，这样就具有全局属性， 可以在其他文件里面被使用
    在这里插入图片描述

3、定义空闲任务TCB

任务控制块TCB是每一个任务必须的，空闲任务的TCB在os.h中定义，是一个全局变量

在这里插入图片描述

4、定义空闲任务函数

空闲任务正如其名，空闲，任务体里面只是对全局变量OSIdleTaskCtr ++ 操作

/* 空闲任务 */
void  OS_IdleTask (void  *p_arg)
{p_arg = p_arg;/* 空闲任务什么都不做，只对全局变量OSIdleTaskCtr ++ 操作 */for(;;){OSIdleTaskCtr++;}
}

全局变量OSIdleTaskCtr在os.h中定义
在这里插入图片描述

OS_IDLE_CTR是在os_type.h中重新定义的数据类型
在这里插入图片描述

5、空闲任务初始化

空闲任务的初始化在OSInit()在完成，意味着在系统还没有启动之前空闲任务就已经创建好，具体在os_core.c定义

/* RTOS初始化
** 初始化全局变量
*/
void OSInit (OS_ERR *p_err)
{/* 配置OS初始状态为停止态 */OSRunning =  OS_STATE_OS_STOPPED;/* 初始化两个全局TCB，这两个TCB用于任务切换 */OSTCBCurPtr = (OS_TCB *)0;OSTCBHighRdyPtr = (OS_TCB *)0;/* 初始化就绪列表 */OS_RdyListInit();/* 初始化空闲任务 */OS_IdleTaskInit(p_err);if (*p_err != OS_ERR_NONE) {return;}
}

OS_RdyListInit() 就绪列表初始化函数如下

/* 就绪列表初始化 */
void OS_RdyListInit(void)
{OS_PRIO i;OS_RDY_LIST *p_rdy_list;for( i=0u; i<OS_CFG_PRIO_MAX; i++ ){p_rdy_list = &OSRdyList[i];p_rdy_list->HeadPtr = (OS_TCB *)0;p_rdy_list->TailPtr = (OS_TCB *)0;}
}

OS_IdleTaskInit() 空闲任务初始化函数在OSInit()中调用，在系统还没有启动之前就被创建。
OS_IdleTaskInit() 函数如下：

/* 空闲任务初始化 */
void  OS_IdleTaskInit(OS_ERR  *p_err)
{	/* 初始化空闲任务计数器 */OSIdleTaskCtr = (OS_IDLE_CTR)0;/* 创建空闲任务 */OSTaskCreate( (OS_TCB     *)&OSIdleTaskTCB, (OS_TASK_PTR )OS_IdleTask, (void       *)0,(CPU_STK    *)OSCfg_IdleTaskStkBasePtr,(CPU_STK_SIZE)OSCfg_IdleTaskStkSize,(OS_ERR     *)p_err );
}

此时os_core.c中函数的顺序如下：/* 就绪列表初始化 */
void OS_RdyListInit(void)/* RTOS初始化 初始化全局变量 */
void OSInit (OS_ERR *p_err)/* 启动RTOS，将不再返回 */
void OSStart (OS_ERR *p_err)/* 任务切换，实际就是触发PendSV异常，然后在PendSV异常中进行上下文切换 */
void OSSched (void)/* 空闲任务 */
void  OS_IdleTask (void  *p_arg)/* 空闲任务初始化 */
void  OS_IdleTaskInit(OS_ERR  *p_err)

由于编译顺序，我们需要在os.h文件添加 OS_IdleTaskInit() 和 OS_IdleTask 的声明

/* ------------------------------------------------ INTERNAL FUNCTIONS ---------------------------------------------- */void          OS_IdleTask               (void                  *p_arg);void          OS_IdleTaskInit           (OS_ERR                *p_err);

十九、UCOSIII：实现阻塞延时

阻塞延时的阻塞是指任务调用该延时函数后，任务会被剥离CPU使用权，然后进入阻塞状态，直到延时结束， 任务重新获取CPU使用权才可以继续运行。
在任务阻塞的这段时间，CPU可以去执行其他的任务， 如果其他的任务也在延时状态，那么CPU就将运行空闲任务。

1、阻塞延时函数

阻塞延时函数在os_time.c中定义

/* 阻塞延时 */
void  OSTimeDly(OS_TICK dly)
{/* 设置延时时间 */OSTCBCurPtr->TaskDelayTicks = dly;/* 进行任务调度 */OSSched();	//此处调度和前面不太一样，改动看下文
}

在os.h中声明

/* ================================================================================================================== */
/*                                                 TIME MANAGEMENT                                                    */
/* ================================================================================================================== */				   
void          OSTimeTick                (void);	
void          OSTimeDly                 (OS_TICK dly);

2、记录任务需要延时的时间

TaskDelayTicks是任务控制块的一个成员，用于记录任务需要延时的时间，单位为SysTick的中断周期。
比如我们本章当中SysTick的中断周期为10ms，调用OSTimeDly(2)则完成2*10ms的延时。
TaskDelayTicks被定义在os.h

/*
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*                                                   任务控制块
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*/
struct os_tcb
{CPU_STK         *StkPtr;CPU_STK_SIZE    StkSize;/* 任务延时周期个数 */OS_TICK         TaskDelayTicks;
};

3、任务切换的部分修改

OSSched(); 此处调度和前面不太一样，改动看下文

/* 任务切换，实际就是触发PendSV异常，然后在PendSV异常中进行上下文切换 */
void OSSched(void)
{
#if 0	/* 非常简单的任务调度：两个任务轮流执行 */if( OSTCBCurPtr == OSRdyList[0].HeadPtr ){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[1].HeadPtr;}else{OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;}
#endif/* 如果当前任务是空闲任务，那么就去尝试执行任务1或者任务2，看看他们的延时时间是否结束如果任务的延时时间均没有到期，那就返回继续执行空闲任务 */if( OSTCBCurPtr == &OSIdleTaskTCB ){if(OSRdyList[0].HeadPtr->TaskDelayTicks == 0){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;}else if(OSRdyList[1].HeadPtr->TaskDelayTicks == 0){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[1].HeadPtr;}else{return;		/* 任务延时均没有到期则返回，继续执行空闲任务 */} }else{/*如果是task1或者task2的话，检查下另外一个任务,如果另外的任务不在延时中，就切换到该任务否则，判断下当前任务是否应该进入延时状态，如果是的话，就切换到空闲任务。否则就不进行任何切换 */if(OSTCBCurPtr == OSRdyList[0].HeadPtr){if(OSRdyList[1].HeadPtr->TaskDelayTicks == 0){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[1].HeadPtr;}else if(OSTCBCurPtr->TaskDelayTicks != 0){OSTCBHighRdyPtr = &OSIdleTaskTCB;}else {return;		/* 返回，不进行切换，因为两个任务都处于延时中 */}}else if(OSTCBCurPtr == OSRdyList[1].HeadPtr){if(OSRdyList[0].HeadPtr->TaskDelayTicks == 0){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;}else if(OSTCBCurPtr->TaskDelayTicks != 0){OSTCBHighRdyPtr = &OSIdleTaskTCB;}else {return;		/* 返回，不进行切换，因为两个任务都处于延时中 */}}}/* 任务切换 */OS_TASK_SW();
}

4、修改中断服务函数

在os_cpu_c.c中添加 中断服务函数 SysTick_Handler

/* SysTick 中断服务函数 */
void SysTick_Handler(void)
{OSTimeTick();
}

时钟中断处理函数在每次时钟中断发生后必须调用该函数。uC/OS-III使用这个函数来更新延时时间。
OSTimeTick() 函数如下：

void  OSTimeTick (void)
{unsigned int i;/* 扫描就绪列表中所有任务的TaskDelayTicks，如果不为0，则减1 */for(i=0; i<OS_CFG_PRIO_MAX; i++){if(OSRdyList[i].HeadPtr->TaskDelayTicks > 0){OSRdyList[i].HeadPtr->TaskDelayTicks --;}}/* 任务调度 */OSSched();
}

同时在 os.h中声明一下
在这里插入图片描述

二十、UCOSIII：修改main()函数

1、程序代码

/*
************************************************************************************************************************
*                                                    main函数
************************************************************************************************************************
*/
/*
* 注意事项：1、该工程使用软件仿真，debug需选择 Ude Simulator
*           2、在Target选项卡里面把晶振Xtal(Mhz)的值改为25，默认是12，
*              改成25是为了跟system_ARMCM3.c中定义的__SYSTEM_CLOCK相同，确保仿真的时候时钟一致
*/
int main(void)
{OS_ERR err;/* 关闭中断 */CPU_IntDis();/* 配置SysTick 10ms 中断一次 */OS_CPU_SysTickInit (10);/* 初始化相关的全局变量 */OSInit(&err);/* 创建任务 */OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task1TCB,(OS_TASK_PTR ) Task1,(void *)       0,(CPU_STK*)     &Task1Stk[0],(CPU_STK_SIZE) TASK1_STK_SIZE,(OS_ERR *)     &err);OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task2TCB,(OS_TASK_PTR ) Task2,(void *)       0,(CPU_STK*)     &Task2Stk[0],(CPU_STK_SIZE) TASK2_STK_SIZE,(OS_ERR *)     &err);/* 将任务加入到就绪列表 */OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;/* 启动OS，将不再返回 */OSStart(&err);
}/*
************************************************************************************************************************
*                                                    函数实现
************************************************************************************************************************
*/
/* 软件延时 
void delay (volatile uint32_t count)
{for(; count!=0; count--);
}
*//* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{for ( ;; ) {flag1 = 1;//delay( 100 );OSTimeDly(2);				//延时函数均替代为阻塞延时，延时时间均为2个SysTick中断周期，即20ms。flag1 = 0;//delay( 100 );OSTimeDly(2);/* 任务切换，这里是手动切换 *///OSSched();}
}/* 任务2 */
void Task2( void *p_arg )
{for ( ;; ) {flag2 = 1;//delay( 100 );OSTimeDly(2);//延时函数均替代为阻塞延时，延时时间均为2个SysTick中断周期，即20ms。flag2 = 0;//delay( 100 );OSTimeDly(2);/* 任务切换，这里是手动切换 *///OSSched();}
}

主要改动这些位置：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2、编译调试

逻辑分析仪中可看到两个任务的波形是完全同步，就好像CPU在同时干两件事情
在这里插入图片描述

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