已經(jīng)有不少的文章介紹了有關(guān)μC/OS-II這個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核及其應(yīng)用。在很多的處理器上，μC/OS-II都得到了應(yīng)用,。μC/OS-II是一種源碼公開(kāi),、可移植、可固化、可裁減、可剝奪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),。特別適用于用戶任務(wù)較多,，而對(duì)實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合,。

μC/OS-II內(nèi)核是一個(gè)占先式內(nèi)核，用戶視任務(wù)的輕重緩急不同賦予任務(wù)不同的優(yōu)先級(jí),。一般來(lái)說(shuō),，用戶任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求越高，則應(yīng)賦予的優(yōu)先級(jí)也越高,；對(duì)那些要求不甚嚴(yán)格的任務(wù),，賦予的優(yōu)先級(jí)應(yīng)低一些。對(duì)突發(fā)事件,，像A/D采樣后的數(shù)據(jù)讀取等,，則應(yīng)采用中斷，實(shí)時(shí)響應(yīng),，因而,，中斷享有最高的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)在進(jìn)行調(diào)度時(shí),，優(yōu)先得到資源,，因而能及時(shí)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)運(yùn)行；優(yōu)先級(jí)低的得不到資源而進(jìn)入就緒態(tài),，等待下一次任務(wù)調(diào)度,。由于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的唯一性，μC/OS-II內(nèi)核能在不同任務(wù)間井然有序地調(diào)度運(yùn)行,。

μC/OS-II內(nèi)核的功能強(qiáng)大,，提供了用于共享資源的信號(hào)燈，用于進(jìn)程通信的消息隊(duì)列和郵箱等,，是一個(gè)比較全面的系統(tǒng),。但有些地方仍然值得改進(jìn)，比如該系統(tǒng)不支持時(shí)間片的任務(wù)調(diào)度,，因而一旦任務(wù)進(jìn)入了死循環(huán),，調(diào)度程序無(wú)法調(diào)度，其它的任務(wù)也就得不到及時(shí)運(yùn)行處理,。解決的方法也很簡(jiǎn)單,，只要在定時(shí)中斷服務(wù)程序中調(diào)用函數(shù)OSIntCtxSw()即可。

μC/OS-II內(nèi)核的另外一個(gè)值得改進(jìn)的地方是它的堆棧處理,。為了確保運(yùn)行的安全可靠,，μC/OS-II內(nèi)核將每個(gè)任務(wù)的堆棧空間都按最大化處理,，結(jié)果導(dǎo)致RAM的需求變大，往往還需外擴(kuò)RAM,，而浪費(fèi)過(guò)多,。下面詳細(xì)討論如何改進(jìn)μC/OS-II內(nèi)核的堆棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。

1 μC/OS-II的堆棧結(jié)構(gòu)

在堆棧的處理上，μC/OS-II為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)獨(dú)立的堆棧,，堆?？臻g按任務(wù)中最大需求進(jìn)行分配。這種方法可保證程序可靠運(yùn)行,，但卻是以浪費(fèi)大量的空間為代價(jià),。對(duì)一些小系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有擴(kuò)展外部RAM,，內(nèi)部RAM相當(dāng)小,，RAM的空間利用就非常重要了。下面就來(lái)探討如何改進(jìn)μC/OS內(nèi)核,，以達(dá)到減少任務(wù)棧的內(nèi)存需求,。

在μC/OS-II中，每個(gè)任務(wù)都定義了一個(gè)獨(dú)立的堆?？臻g,，這個(gè)堆棧空間用來(lái)存放任務(wù)的相關(guān)信息,，具體包括以下幾個(gè)部分（如圖1所示）：

◆ 任務(wù)中定義的局部變量及被調(diào)用函數(shù)可能在棧上分配的局部變量,；

◆ 任務(wù)中各個(gè)函數(shù)的返回地址；

◆ 發(fā)生中斷時(shí)需要保存的上下文,；

◆ 中斷嵌套時(shí)需要保存的上下文,。

在這4個(gè)部分中，前3個(gè)的內(nèi)存需求是比較容易估算的,，只要察看反匯編代碼,，并計(jì)算各個(gè)函數(shù)的棧需求，留有一定的裕量就可以了,。但是第4部分的?？臻g使用量是隨中斷嵌套的深度而不斷增加的，是不確定的,，一般方法是定義一個(gè)充分大的?？臻g，使之不會(huì)溢出,。但為每個(gè)任務(wù)都定義一個(gè)充分大的?？臻g，會(huì)導(dǎo)致?？臻g的浪費(fèi),。如果將第4部分獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)為它定義一個(gè)較大的空間，在任務(wù)棧中去掉原來(lái)的第4部分,，這樣,，就可大大減少棧空間的浪費(fèi),，減少對(duì)內(nèi)存的需求,。實(shí)際上，這是可行的,。在μC/OS-II中,，內(nèi)核為中斷嵌套的層數(shù)定義了一個(gè)全局變量OSIntNesting。系統(tǒng)在進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí),，先要判斷OSIntNesting是否為0,，如果OSIntNesting不為0，則不進(jìn)行任務(wù)切換,。也就是說(shuō)：在OSIntNesting為1（當(dāng)前只有一個(gè)中斷,，并且沒(méi)有嵌套中斷）時(shí)，如果發(fā)生了嵌套的中斷（不管嵌套的層數(shù)有多深）,，那么所有嵌套的中斷一層一層地都返回,，直到OSIntNesting再次為1時(shí)止，任務(wù)棧是不會(huì)切換的,，棧指針始終在同一個(gè)任務(wù)的?？臻g中變化。因而,，可以為中斷嵌套單獨(dú)定義一個(gè)中斷嵌套棧,。在發(fā)生第1次中斷時(shí)，中斷服務(wù)程序?qū),？臻g切換到中斷嵌套棧,，這樣，以后發(fā)生的嵌套中斷就一直使用這個(gè)?？臻g,。在中斷返回到第1次中斷時(shí)，即OSIntNesting為1時(shí),，中斷服務(wù)程序再?gòu)闹袛嗲短讞Ｇ袚Q回任務(wù)棧,。這樣就實(shí)現(xiàn)了中斷任務(wù)的切換，減少了內(nèi)存需求,。下面以此思路,，來(lái)進(jìn)一步討論堆棧處理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 μC/OS-II的堆棧改進(jìn)設(shè)計(jì)

按上述設(shè)計(jì),，可設(shè)置中斷嵌套棧OSInterruptStk,，對(duì)中斷服務(wù)程序做如下修改

① 保存全部CPU寄存器。

② 直接將OSIntNesting加1。

增加：判斷OSIntNesting是否等于1,，如果不是則轉(zhuǎn)到3,。

增加：將棧指針SP保存到OSTCBCur->OSTCBStkPtr,。

增加：將SP指向OSInterruptStk的棧頂（注意棧增長(zhǎng)的方向）,。

③ 執(zhí)行用戶代碼做中斷服務(wù)。

④ 調(diào)用OSIntExit,。

增加：判斷OSIntNesting是否等于0,，如果不是則轉(zhuǎn)到5。

增加：從OSTCBCur->OSTCBStkPtr中恢復(fù)棧指針SP,。

⑤ 恢復(fù)所有CPU寄存器,。

⑥ 執(zhí)行中斷返回指令。

此時(shí),，任務(wù)的堆棧分布情況如圖2所示,。

這樣，就實(shí)現(xiàn)了中斷嵌套棧和任務(wù)棧的雙向切換,。此外,，還需修改OSIntCtxSw()函數(shù)，原始的OSIntCtxSw()函數(shù)的寫(xiě)法如下：

① 調(diào)整棧指針,，去掉在調(diào)用OSIntExit()和OSIntCtxSw()過(guò)程中入棧的多余內(nèi)容,；

② 將當(dāng)前棧指針保存到OSTCBCur中，即STCBCur->OSTCBStkPtr = SP,；

③ 如果需要?jiǎng)t調(diào)用OSTaskSwHook,；

④OSTCBCur = OSTCBHighRdy；

⑤OSPrio = OSPrioHighRdy,；

⑥ 從OSTCBCur中恢復(fù)棧指針,，SP= OSTCBCur ->OSTCBStkPtr；

⑦ 恢復(fù)保存了的CPU寄存器,；

⑧ 執(zhí)行中斷返回指令,。

新的寫(xiě)法只需將原寫(xiě)法中的1、2去掉即可,，因?yàn)?,、2步只是保存舊任務(wù)的棧指針，而新寫(xiě)法中,，這些步被移到了“中斷服務(wù)程序”中,。作了上述修改后，原來(lái)在每個(gè)任務(wù)棧中都必須的第4部分已被移到了中斷嵌套棧,，實(shí)現(xiàn)了降低內(nèi)存需求的目的,。

結(jié) 語(yǔ)

μC/OS-II內(nèi)核的堆棧處理適用于RAM存儲(chǔ)器充足，任務(wù)切換頻繁，對(duì)實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的場(chǎng)合,，一般主要用在16位或32位微處理器較大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,。對(duì)于一般的小系統(tǒng)，由于RAM空間有限,，任務(wù)不多,，切換也不是太頻繁，因而,，在堆棧處理上可以采用中斷嵌套棧,。這大大減少了對(duì)RAM存儲(chǔ)器的需求，不但簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì),，而且還降低了成本,。