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μC/OS-II的多任務(wù)信息流與CAN總線(xiàn)驅動(dòng)
摘要：闡述μC/OS-II多任務(wù)信息流關(guān)鍵技術(shù)與中斷處理的一般方法和PC體系中斷的基本概念；以CAN總線(xiàn)為例，詳細分析在x86實(shí)模式下基于μC/OS-II的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)的實(shí)現過(guò)程。μC/OS-II是美國人Jean Labrosse編寫(xiě)的一個(gè)免費的、源碼公開(kāi)的嵌入式實(shí)時(shí)內核。對于開(kāi)發(fā)計算機嵌入式應用產(chǎn)品的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)實(shí)用價(jià)值很高的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統ERTOS（Embedded Real Time Operation System）。
要開(kāi)發(fā)出完善的ERTOS，就要在多任務(wù)的調度和對I/O設備操作的穩定性、協(xié)調性方面做出大量的工作，這也是我在開(kāi)發(fā)ERTOS過(guò)程中深深體會(huì )到的重點(diǎn)所在。希望本文能對開(kāi)發(fā)ERTOS的技術(shù)人員在多任務(wù)信息流和I/O驅動(dòng)方面有所啟迪。
1 多任務(wù)信息流關(guān)鍵技術(shù)
在討論多任務(wù)信息流之前，先討論一下多任務(wù)的工作狀態(tài)。在μC/OS中，每個(gè)任務(wù)都是無(wú)限循環(huán)的，每個(gè)任務(wù)都處在以下五種狀態(tài)之一：
休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)和中斷態(tài)，如圖1所示。
在多任務(wù)的調度和驅動(dòng)程序的編寫(xiě)過(guò)程中，必然要涉及到公用代碼段和共享存儲區的保護問(wèn)題。即使是原有的C函數，可重用性方面在沒(méi)有得到理論和實(shí)踐的驗證情況下也需要對其進(jìn)行保護。這樣就需要合理的算法對公用代碼段、共享存儲區進(jìn)行保護，避免操作系統在運行過(guò)程中產(chǎn)生重用性問(wèn)題而導致運行結果不可預測。
系統在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，既要考慮到減少系統的復雜程度，也要兼顧其穩定性與運行效率的要求。這就需要我們對各種算法進(jìn)行合理的選擇：在穩定性可以保障的情況下，選擇相對簡(jiǎn)單，占用CPU時(shí)間少的算法；在穩定性不能保障的情況下，考慮選擇周全的算法。只有這樣才能使操作系統在一定的配置環(huán)境下達到最高的運行效率。
接下來(lái)分別用void CanSendMessageProcess(void *data)、void CanSendMessage(void *data)、void CanReceiveMessageProcess(void *data)和void CanReceiveMessage(void *data)這四個(gè)任務(wù)來(lái)描述在采用消息隊列、郵箱和信號量通信機制時(shí)的信息流的傳遞過(guò)程。
�。�1）消息隊列通信機制
消息隊列在初始化的時(shí)候，建立一個(gè)指定空間大小的數組，這個(gè)數組在使用的時(shí)候取得了環(huán)形緩沖區的概念。這個(gè)數組在運行期間不會(huì )被消除，這樣就避免了重復建立數組的時(shí)候內存空間的泄漏問(wèn)題。當一個(gè)任務(wù)向消息隊列發(fā)送一個(gè)信息的時(shí)候，相應的指針加1（OSQIn 1），隊列滿(mǎn)時(shí)(OSQEntries = OSQSize)，OSQIn則與OSQOut指向同一單元。如果在OSQIn指向的單元內插入新的指向消息的指針，就構成FIFO（First-In-First-Out）隊列。相反，如果在OSQOut指向單元的下一個(gè)單元插入新的指針，就構成LIFO隊列（Last-In-First-Out）。在本實(shí)例中，我們定義FIFO隊列。消息指針總是從OSQOut指向的單元取出。OSQStart和OSQEnd定義了消息指針數組的頭和尾，以便在OSQIn和OSQOut到達隊列的邊緣時(shí)，進(jìn)行邊界檢查和必要的指針調整，實(shí)現其循環(huán)功能。
消息隊列數據結構如下：
typedef struct os_q {
struct os_q *OSQPtr; /* 在空閑隊列控制塊中鏈接所有的隊列控制塊*/
void *OSQStart; /*指向消息隊列的指針數組的起始地址的指針*/
void *OSQEnd; /* 指向消息隊列結束單元的下一個(gè)地址的指針*/
void *OSQIn; /* 指向消息隊列中插入下一條信息位置的指針*/
void *OSQOut; /* 指向消息隊列中下一個(gè)取出消息位置的指針*/
INT16U OSQSize; /* 消息隊列中總的單元數*/
INT16U OSQEntries; /*消息隊列中總的消息數量*/
} OS_Q;
圖2為消息隊列信息流的演示說(shuō)明。
�、� CanSendMessageProcess任務(wù)完成信息的計算工作以后，將要發(fā)送的信息送進(jìn)消息隊列1。
�、� CanSendMessage任務(wù)負責取得消息隊列1里面的信息。
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