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uC - OS-II实验指导书2014

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身。当前任务挂起后,只有其他任务才能唤醒被挂起的任务。任务挂起后,系统会重新进行任务调度,运行下一个优先级最高的就绪任务。唤醒挂起任务需要调用函数OSTaskResume()。

任务的挂起是可以叠加到其他操作上的。例如,任务被挂起时正在进行延时操作,那么任务的唤醒就需要两个条件:延时的结束以及其他任务的唤醒操作。又如,任务被挂起时正在等待信号量,当任务从信号量的等待对列中清除后也不能立即运行,而必须等到被唤醒后。

函数原型:INT8U OSTaskSuspend ( INT8U prio);

参数说明:prio为指定要获取挂起的任务优先级,也可以指定参数OS_PRIO_SELF,挂起任务本身。此时,下一个优先级最高的就绪任务将运行。

返回值:

OSTaskSuspend()的返回值为下述之一:

? OS_NO_ERR:函数调用成功。

? OS_TASK_ SUSPEND_IDLE:试图挂起μC/OS-II中的空闲任务(Idle task)。此为非法操作。 ? OS_PRIO_INVALID:参数指定的优先级大于OS_LOWEST_PRIO或没有设定OS_PRIO_SELF

的值。

? OS_TASK_ SUSPEND _PRIO:要挂起的任务不存在。

4.3 OSTaskResume()

唤醒一个用OSTaskSuspend()函数挂起的任务。OSTaskResume()也是唯一能“解挂”挂起任务的函数。

函数原型:NT8U OSTaskResume ( INT8U prio); 参数说明:prio指定要唤醒任务的优先级。 返回值:

OSTaskResume ()的返回值为下述之一: ? ? ? ?

OS_NO_ERR:函数调用成功。

OS_TASK_RESUME_PRIO:要唤醒的任务不存在。

OS_TASK_NOT_SUSPENDED:要唤醒的任务不在挂起状态。

OS_PRIO_INVALID:参数指定的优先级大于或等于OS_LOWEST_PRIO。

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实验2 优先级反转

1 实验目的

掌握在基于优先级的可抢占嵌入式实时操作系统的应用中,出现优先级反转现象的原理。

2 原理及程序结构

2.1 实验设计

2.1.1 优先级反转原理

在本实验中,要体现嵌入式实时内核的优先级抢占调度的策略,并显现由于共享资源的互斥访问而出现的优先级反转现象。

优先级反转发生在有多个任务需要使用共享资源的情况下,可能会出现高优先级任务被低优先级任务阻塞,并等待低优先级任务执行的现象。高优先级任务需要等待低优先级任务释放资源,而低优先级任务又正在等待中等优先级任务,这种现象就被称为优先级反转。两个任务都试图访问共享资源是出现优先级反转最通常的情况。为了保证一致性,这种访问应该是顺序进行的。如果高优先级任务首先访问共享资源,则会保持共享资源访问的合适的任务优先级顺序;但如果是低优先级任务首先获得共享资源的访问,然后高优先级任务请求对共享资源的访问,则高优先级任务被阻塞,直到低优先级任务完成对共享资源的访问。

2.1.2 设计要点

1)设计了3个应用任务TA0~TA2,其优先级逐渐降低,任务TA0的优先级最高。 2)除任务TA1外,其它应用任务都要使用同一种资源,该资源必须被互斥使用。为此,创建一个二值信号量mutex来模拟该资源。虽然μC/OS-Ⅱ在创建信号量时可以选择采用防止优先级反转的策略,但在本实验中我们不使用这种策略。

3)应用任务的执行情况如图2-1所示:

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优先级 5 6 7 t1 0 1 2 t2 0 1 2 2 1 0 0 1 2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13

任务2: 2 任务1: 1 任务0: 0

图2-1

注意:图中的栅格并不代表严格的时间刻度,而仅仅表现各个任务启动和执行的相对先后关系。

2.1.3 系统的运行流程

1) 系统初始化,之后进入main函数;

2) 在main函数中,首先创建一个二值的信号量mutex;

3) 在main函数中创建TaskStart任务,由TaskStart任务创建所有的应用任务(TA0、TA1、TA2)。

优先级较高的任务TA0、TA1先延时若干个时钟节拍,以便低优先级任务TA2运行。 4) t1时刻,任务TA2运行并首先申请到信号量mutex;

5) t2时刻,任务TA1延时到期,任务TA1的优先级高于任务TA2的优先级,因此任务TA1

立刻抢占TA2执行,任务TA2由执行态转为就绪态;

6) t3时刻,任务TA0延时到期,任务TA0的优先级高于任务TA1的优先级,所以任务TA0

立刻抢占执行,任务TA1由执行态转为就绪态,任务TA0申请二值信号量mutex被阻赛; 7) t4时刻,任务TA1由就绪态转回为执行态;此时TA0在等待TA2保持的mutex , 而TA2

又因为优先级低于TA1被阻塞。如果TA1一直执行而TA2没有机会被调度的话,那么TA2将一直等到TA1执行完后才能执行,而TA0更要等到TA2释放它所占有的信号量资源后才能执行,这样就出现了优先级高的TA0任务等待优先级低的TA1任务的现象;

8) t5时刻,任务TA1挂起自己,而TA0又因为申请二值信号量mutex而处于阻塞状态,所以

任务TA2由就绪态转为执行态,任务TA2释放信号量mutex;

9) t6时刻,TA0获得信号量并立刻抢占执行,任务TA2由执行态转为就绪态;

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10) t7时刻,任务TA0将自己延时一段时间,而TA1仍然处于挂起状态,TA2是当前最高优

先级的就绪任务,它又转为执行状态,任务TA2因申请二值信号量mutex而阻塞; 11) t8时刻,任务TA1延时到期转为执行态,任务TA1又因等待一个事件而阻塞; 12) t9时刻,任务TA0延时到,释放二值信号量mutex,mutex被TA2得到后,内核自动切换

任务;

13) t10时刻,在就绪队列中,TA0优先级最高,TA0执行,又因为任务TA0等待一事件而阻

塞;

14) t11时刻,任务TA1延时到期,立刻抢占执行,又由于任务TA1等待一事件而阻塞;;15) t12时刻,任务TA2执行,保持信号量mutex;以后系统再次出现优先级反转现象; 16) 系统如此周而复始地运行……

2.2 操作系统配置

修改uC_OS-II/OS_CFG.h:

#define OS_MAX_EVENTS 10 /*最多可以有10个事件*/ #define OS_MAX_FLAGS 5 /*最多可以有5个事件标志*/ #define OS_MAX_MEM_PART 5 /*最多可以划分5个内存块*/ #define OS_MAX_QS 2 /*最多可以使用2个队列*/ #define OS_MAX_TASKS 9 /*最多可以创建9个任务*/ #define OS_LOWEST_PRIO 24 /*任务优先级不可以大于24*/ #define OS_TASK_IDLE_STK_SIZE 1024 /*空闲任务堆栈大小*/ #define OS_TASK_STAT_EN 1 /*是否允许使用统计任务*/ #define OS_TASK_STAT_STK_SIZE 1024 /*统计任务堆栈大小*/

#define OS_FLAG_EN 1 /*是否允许使用事件标志功能*/ #define OS_FLAG_WAIT_CLR_EN 1 /*是否允许等待清除事件标志*/ #define OS_FLAG_ACCEPT_EN 1 /*是否允许使用OSFlagAccept()*/ #define OS_FLAG_DEL_EN 1 /*是否允许使用OSFlagDel()*/ #define OS_FLAG_QUERY_EN 1 /*是否允许使用OSFlagQuery()*/

#define OS_MBOX_EN 0 /*是否允许使用邮箱功能*/

#define OS_MEM_EN 1 /*是否允许使用内存管理的功能*/ #define OS_MEM_QUERY_EN 1 /*是否允许使用OSMemQuery()*/

#define OS_MUTEX_EN 1 /*是否允许使用互斥信号量的功能*/

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