早在20世紀(jì)60年代,，就已經(jīng)有人開始研究和開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng),。但直到最近，它才在國內(nèi)被越來越多的提及,，在通信,、電子、自動化等需要實時處理的領(lǐng)域所曰益顯現(xiàn)的重要性吸引了人們越來越多的注意力,。但是,，人們所談?wù)摰耐且恍┲纳虡I(yè)內(nèi)核，諸如VxWorks,、PSOS等,。這些商業(yè)內(nèi)核性能優(yōu)越，但價格昂貴,，主要用于16位和32位處理器中,，針對國內(nèi)大部分用戶使用的51系列8位單片機(jī)，可以選擇免費的uCOS II" title="uCOS II">uCOS II,。

　　uCOS II的特點

　　1．uCOS II是由Labrosse先生編寫的一個開放式內(nèi)核,，最主要的特點就是源碼公開,。這一點對于用戶來說可謂利弊各半，好處在于,，一方面它是免費的,，另一方面用戶可以根據(jù)自己的需要對它進(jìn)行修改。缺點在于它缺乏必要的支持,，沒有功能強(qiáng)大的軟件包,，用戶通常需要自己編寫驅(qū)動程序，特別是如果用戶使用的是不太常用的單片機(jī),，還必須自己編寫移植程序,。

　　2．uCOS II是一個占先式的內(nèi)核，即已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級任務(wù)可以剝奪正在運行的低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán),。這個特點使得它的實時性比非占先式的內(nèi)核要好,。通常我們都是在中斷服務(wù)程序中使高優(yōu)先級任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)（例如發(fā)信號），這樣退出中斷服務(wù)程序后,，將進(jìn)行任務(wù)切換,，高優(yōu)先級任務(wù)將被執(zhí)行。拿51單片機(jī)為例,，比較一下就可以發(fā)現(xiàn)這樣做的好處,。假如需要用中斷方式采集一批數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，在傳統(tǒng)的編程方法中不能在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理,，因為這會使得關(guān)中斷時間過長,。所以經(jīng)常采用的方法是置一標(biāo)志位，然后退出中斷,。由于主程序是循環(huán)執(zhí)行的,，所以它總有機(jī)會檢測到這一標(biāo)志并轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)處理程序中去。但是因為無法確定發(fā)生中斷時程序到底執(zhí)行到了什么地方,，也就無法判斷要經(jīng)過多長時間數(shù)據(jù)處理程序才會執(zhí)行,，中斷響應(yīng)時間無法確定，系統(tǒng)的實時性不強(qiáng),。如果使用μC/OS-II的話,，只要把數(shù)據(jù)處理程序的優(yōu)先級設(shè)定得高一些，并在中斷服務(wù)程序中使它進(jìn)入就緒態(tài),，中斷結(jié)束后數(shù)據(jù)處理程序就會被立即執(zhí)行,。這樣可以把中斷響應(yīng)時間限制在一定的范圍內(nèi)。對于一些對中斷響應(yīng)時間有嚴(yán)格要求的系統(tǒng),，這是必不可少的。但應(yīng)該指出的是如果數(shù)據(jù)處理程序簡單,，這樣做就未必合適,。因為uCOS II要求在中斷服務(wù)程序末尾使用OSINTEXIT函數(shù)以判斷是否進(jìn)行任務(wù)切換,，這需要花費一定的時間。

　　3．uCOS II和大家所熟知的Linux等分時操作系統(tǒng)不同,，它不支持時間片輪轉(zhuǎn)法,。uCOS II是一個基于優(yōu)先級的實時操作系統(tǒng)，每個任務(wù)的優(yōu)先級必須不同,，分析它的源碼會發(fā)現(xiàn),，uCOS II把任務(wù)的優(yōu)先級當(dāng)做任務(wù)的標(biāo)識來使用,，如果優(yōu)先級相同,，任務(wù)將無法區(qū)分。進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)首先得到CPU的使用權(quán),，只有等它交出CPU的使用權(quán)后,，其他任務(wù)才可以被執(zhí)行。所以它只能說是多任務(wù),，不能說是多進(jìn)程,，至少不是我們所熟悉的那種多進(jìn)程。顯而易見,，如果只考慮實時性,，它當(dāng)然比分時系統(tǒng)好，它可以保證重要任務(wù)總是優(yōu)先占有CPU,。但是在系統(tǒng)中,，重要任務(wù)畢竟是有限的，這就使得劃分其他任務(wù)的優(yōu)先權(quán)變成了一個讓人費神的問題,。另外,，有些任務(wù)交替執(zhí)行反而對用戶更有利。例如,，用單片機(jī)控制兩小塊顯示屏?xí)r,，無論是編程者還是使用者肯定希望它們同時工作，而不是顯示完一塊顯示屏的信息以后再顯示另一塊顯示屏的信息,。這時候,，要是uCOS II即支持優(yōu)先級法又支持時間片輪轉(zhuǎn)法就更合適了。

　　4．uCOS II對共享資源提供了保護(hù)機(jī)制,。正如上文所提到的,，uCOS II是一個支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。一個完整的程序可以劃分成幾個任務(wù),，不同的任務(wù)執(zhí)行不同的功能,。這樣，一個任務(wù)就相當(dāng)于模塊化設(shè)計中的一個子模塊,。在任務(wù)中添加代碼時,，只要不是共享資源就不必?fù)?dān)心互相之間有影響,。而對于共享資源（比如串口），uCOS II也提供了很好的解決辦法,。一般情況下使用的是信號量的方法,。簡單地說，先創(chuàng)建一個信號量并對它進(jìn)行初始化,。當(dāng)一個任務(wù)需要使用一個共享資源時,，它必須先申請得到這個信號量，而一旦得到了此信號量,，那就只有等使用完了該資源,，信號量才會被釋放。在這個過程中即使有優(yōu)先權(quán)更高的任務(wù)進(jìn)入了就緒態(tài),，因為無法得到此信號量,，也不能使用該資源。這個特點的好處顯而易見,，例如當(dāng)顯示屏正在顯示信息的時候,，外部產(chǎn)生了一個中斷，而在中斷服務(wù)程序中需要顯示屏顯示其他信息,。這樣,，退出中斷服務(wù)程序后，原有的信息就可能被破壞了,。而在μC/OS-II中采用信號量的方法時,，只有顯示屏把原有信息顯示完畢后才可以顯示新信息，從而可以避免這個現(xiàn)象,。不過,，采用這種方法是以犧牲系統(tǒng)的實時性為代價的。如果顯示原有信息需要耗費大量時間,，系統(tǒng)只好等待,。從結(jié)果上看，等于延長了中斷響應(yīng)時間,，這對于未顯示信息是報警信息的情況,，無疑是致命的。發(fā)生這種情況,，在μC/OS-II中稱為優(yōu)先級反轉(zhuǎn),，就是高優(yōu)先級任務(wù)必須等待低優(yōu)先級任務(wù)的完成。在上述情況下,，在兩個任務(wù)之間發(fā)生優(yōu)先級反轉(zhuǎn)是無法避免的,。所以在使用uCOS II時，必須對所開發(fā)的系統(tǒng)了解清楚,，才能決定對于某種共享資源是否使用信號量,。

　　uCOS II在單片機(jī)使用中的一些特點

　　1．在單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入uCOS II將增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,，并使得調(diào)試程序變得簡單。以往傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)工作中經(jīng)常遇到程序跑飛或是陷入死循環(huán),?？梢杂每撮T狗解決程序跑飛問題，而對于后一種情況,，尤其是其中牽扯到復(fù)雜數(shù)學(xué)計算的話,，只有設(shè)置斷點，耗費大量時間來慢慢分析,。如果在系統(tǒng)中嵌入 uCOS II的話,，事情就簡單多了?？梢园颜麄€程序分成許多任務(wù),，每個任務(wù)相對獨立，然后在每個任務(wù)中設(shè)置超時函數(shù),，時間用完以后，任務(wù)必須交出 CPU的使用權(quán),。即使一個任務(wù)發(fā)生問題,，也不會影響其他任務(wù)的運行。這樣既提高了系統(tǒng)的可靠性,，同時也使得調(diào)試程序變得容易,。

　　2．在單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入uCOS II將增加系統(tǒng)的開銷。現(xiàn)在所使用的51單片機(jī),，一般是指87C51或者89C51,，其片內(nèi)都帶有一定的RAM和 ROM。對于一些簡單的程序,，如果采用傳統(tǒng)的編程方法,，已經(jīng)不需要外擴(kuò)存儲器了。如果在其中嵌入uCOS II的話,，在只需要使用任務(wù)調(diào)度,、任務(wù)切換、信號量處理,、延時或超時服務(wù)的情況下,，也不需要外擴(kuò)ROM了，但是外擴(kuò)RAM是必須的,。由于uCOS II是可裁減的操作系統(tǒng),，其所需要的RAM大小就取決于操作系統(tǒng)功能的多少。舉例來說,，μC/OS-II允許用戶定義最大任務(wù)數(shù),。由于每建立一個任務(wù),，都要產(chǎn)生一個與之相對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)TCB，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要占用很大一部分內(nèi)存空間,。所以在定義最大任務(wù)數(shù)時,，一定要考慮實際情況的需要。如果定得過大,，勢必會造成不必要的浪費,。嵌入uCOS II以后，總的RAM需求可以由如下表達(dá)式得出：

　　RAM總需求=應(yīng)用程序的RAM需求+內(nèi)核數(shù)據(jù)區(qū)的RAM需求+（任務(wù)棧需求+最大中斷嵌套棧需求）·任務(wù)數(shù)

　　所幸的是,，μC/OS-II可以對每個任務(wù)分別定義堆?？臻g的大小，開發(fā)人員可根據(jù)任務(wù)的實際需求來進(jìn)行?？臻g的分配,。但在RAM容量有限的情況下，還是應(yīng)該注意一下對大型數(shù)組,、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)的使用,，別忘了，函數(shù)的形參也是要推入堆棧的,。

　　3．uCOS II的移植也是一件需要值得注意的工作,。如果沒有現(xiàn)成的移植實例的話，就必須自己來編寫移植代碼,。雖然只需要改動兩個文件,，但仍需要對相應(yīng)的微處理器比較熟悉才行，最好參照已有的移植實例,。另外,，即使有移植實例，在編程前最好也要閱讀一下,，因為里面牽扯到堆棧操作,。在編寫中斷服務(wù)程序時，把寄存器推入堆棧的順序必須與移植代碼中的順序相對應(yīng),。

　　4．和其他一些著名的嵌入式操作系統(tǒng)不同,，uCOS II在單片機(jī)系統(tǒng)中的啟動過程比較簡單，不像有些操作系統(tǒng)那樣,，需要把內(nèi)核編譯成一個映像文件寫入ROM中,，上電復(fù)位后，再從ROM中把文件加載到RAM中去,，然后再運行應(yīng)用程序,。uCOS II的內(nèi)核是和應(yīng)用程序放在一起編譯成一個文件的，使用者只需要把這個文件轉(zhuǎn)換成HEX格式，寫入ROM中就可以了,，上電后,，會像普通的單片機(jī)程序一樣運行。

　　結(jié)語

　　由以上介紹可以看出,，uCOS II具有免費,、使用簡單、可靠性高,、實時性好等優(yōu)點,，但也有移植困難、缺乏必要的技術(shù)支持等缺點,，尤其不像商用嵌入式系統(tǒng)那樣得到廣泛使用和持續(xù)的研究更新,。但開放性又使得開發(fā)人員可以自行裁減和添加所需的功能，在許多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著獨特的作用,。當(dāng)然,，是否在單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入uCOS II應(yīng)視所開發(fā)的項目而定，對于一些簡單的,、低成本的項目來說,，就沒必要使用嵌入式操作系統(tǒng)了。