已經(jīng)有不少的文章介紹了有關(guān)μC/OS-II這個實(shí)時內(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,、可移植,、可固化、可裁減,、可剝奪的實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng),。特別適用于用戶任務(wù)較多,，而對實(shí)時性要求較嚴(yán)格的場合。

μC/OS-II內(nèi)核是一個占先式內(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,。一般來說，用戶任務(wù)的實(shí)時性要求越高,，則應(yīng)賦予的優(yōu)先級也越高,；對那些要求不甚嚴(yán)格的任務(wù)，賦予的優(yōu)先級應(yīng)低一些,。對突發(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)時響應(yīng),，因而,，中斷享有最高的優(yōu)先級,。優(yōu)先級高的任務(wù)在進(jìn)行調(diào)度時，優(yōu)先得到資源,，因而能及時進(jìn)入運(yùn)行態(tài)運(yùn)行,；優(yōu)先級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燈,，用于進(jìn)程通信的消息隊列和郵箱等，是一個比較全面的系統(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)度程序無法調(diào)度,，其它的任務(wù)也就得不到及時運(yùn)行處理。解決的方法也很簡單,，只要在定時中斷服務(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)核將每個任務(wù)的堆?？臻g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。

1 μC/OS-II的堆棧結(jié)構(gòu)

在堆棧的處理上,，μC/OS-II為每個任務(wù)分配一個獨(dú)立的堆棧,，堆棧空間按任務(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。對一些小系統(tǒng)來說,，沒有擴(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,，每個任務(wù)都定義了一個獨(dú)立的堆?？臻g，這個堆?？臻g用來存放任務(wù)的相關(guān)信息,，具體包括以下幾個部分（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)中各個函數(shù)的返回地址,；

◆ 發(fā)生中斷時需要保存的上下文,；

◆ 中斷嵌套時需要保存的上下文。

在這4個部分中,，前3個的內(nèi)存需求是比較容易估算的,，只要察看反匯編代碼，并計算各個函數(shù)的棧需求,，留有一定的裕量就可以了,。但是第4部分的棧空間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充分大的棧空間,，使之不會溢出,。但為每個任務(wù)都定義一個充分大的棧空間,，會導(dǎo)致?？臻g的浪費(fèi)。如果將第4部分獨(dú)立出來,，單獨(dú)為它定義一個較大的空間,，在任務(wù)棧中去掉原來的第4部分,，這樣，就可大大減少?？臻g的浪費(fèi),，減少對內(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)定義了一個全局變量OSIntNesting,。系統(tǒng)在進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時,，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：在OSIntNesting為1（當(dāng)前只有一個中斷，并且沒有嵌套中斷）時,，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時止,，任務(wù)棧是不會切換的,，棧指針始終在同一個任務(wù)的?？臻g中變化,。因而，可以為中斷嵌套單獨(dú)定義一個中斷嵌套棧,。在發(fā)生第1次中斷時,，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棧空間,。在中斷返回到第1次中斷時,，即OSIntNesting為1時，中斷服務(wù)程序再從中斷嵌套棧切換回任務(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,，來進(jìn)一步討論堆棧處理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,。

2 μC/OS-II的堆棧改進(jìn)設(shè)計

按上述設(shè)計，可設(shè)置中斷嵌套棧OSInterruptStk,，對中斷服務(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,，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)的寫法如下：

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

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

③ 如果需要則調(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。

新的寫法只需將原寫法中的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,，原來在每個任務(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

μC/OS-II內(nèi)核的堆棧處理適用于RAM存儲器充足，任務(wù)切換頻繁,，對實(shí)時性要求嚴(yán)格的場合,，一般主要用在16位或32位微處理器較大的系統(tǒng)設(shè)計中。對于一般的小系統(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RAM存儲器的需求,，不但簡化了硬件設(shè)計,，而且還降低了成本。