淺析μC/OS-ⅡAPI的設計思想及實現(xiàn)機制

任何一個操作系統(tǒng)都會提供大量的API供程序員使用，μC/OS-Ⅱ也不例外。由于μC/OS-Ⅱ面向的是嵌入式開發(fā)，并不要求大而全，所以內(nèi)核提供的API也就大多和多任務息息相關。本文通過分析μC/OS-Ⅱ中提供的API來引出μC/OS-Ⅱ中API的設計思路和實現(xiàn)機制。

API全稱ApplicaTION Programming Interface，中文是應用程序編程接口的意思。API是操作系統(tǒng)提供給用戶的一組函數(shù)，供用戶在編寫應用程序時調(diào)用，可以完成應用程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的各種調(diào)用，包括進程調(diào)度、存儲管理、圖形設備接口及文件管理等。μC/OS-Ⅱ作為一個嵌入式操作系統(tǒng)，相對于其他操作系統(tǒng)，有很多自己的特色，在設計思路和實現(xiàn)機制上都和一般操作系統(tǒng)有很大的不同。

1. 簡介

任何一個操作系統(tǒng)都會提供大量的API供程序員使用，μC/OS-Ⅱ也不例外。由于μC/OS-Ⅱ面向的是嵌入式開發(fā)，并不要求大而全，所以內(nèi)核提供的API也就大多和多任務息息相關。μC/OS-Ⅱ的API主要分以下幾類：(1)任務類、(2)消息類、(3)同步類、(4)時間類、(5)臨界區(qū)與事件類等。下面分別從這幾類API分析各自的設計思路和實現(xiàn)機制。

2. 任務類API的設計思路和實現(xiàn)機制

μC/OS-Ⅱ可以管理多達64個任務，并從中保留了四個最高優(yōu)先級和四個最低優(yōu)先級的任務供自己使用，所以用戶可以使用的只有56個任務。任務類API包括如何在用戶的應用程序中建立任務、刪除任務、改變?nèi)蝿盏膬?yōu)先級、掛起和恢復任務，以及獲得有關任務的信息等。

2.1 建立任務API

想讓μC/OS-Ⅱ管理用戶的任務，用戶必須要先建立任務。用戶可以通過傳遞任務地址和其它參數(shù)到以下兩個函數(shù)之一來建立任務：OSTaskCreate() 或 OSTaskCreateExt()。

OSTaskCreate()與μC/OS是向下兼容的，OSTaskCreateExt()是OSTaskCreate()的擴展版本，提供了一些附加的功能。用兩個函數(shù)中的任何一個都可以建立任務。任務可以在多任務調(diào)度開始前建立，也可以在其它任務的執(zhí)行過程中被建立。在開始多任務調(diào)度(即調(diào)用OSStart())前，用戶必須建立至少一個任務。任務不能由中斷服務程序(ISR)來建立。

OSTaskCreate()的函數(shù)定義如下。從中可以知道，OSTaskCreate()需要四個參數(shù)：task是任務代碼的指針，pdata是當任務開始執(zhí)行時傳遞給任務的參數(shù)的指針，ptos是分配給任務的堆棧的棧頂指針，prio是分配給任務的優(yōu)先級。

INT8U OSTaskCreate (void (*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT8U prio)

用OSTaskCreateExt()函數(shù)來建立任務會更加靈活，但會增加一些額外的開銷。

OSTaskCreateExt()需要九個參數(shù)!前四個參數(shù)(task,pdata,ptos和prio)與OSTaskCreate()的四個參數(shù)完全相同，連先后順序都一樣。這樣做的目的是為了使用戶能夠更容易地將用戶的程序從OSTaskCreate()移植到OSTaskCreateExt()上去。函數(shù)的定義如下：

INT8U OSTaskCreateExt (void (*task)(void *pd),

void *pdata,

OS_STK *ptos,

INT8U prio,

INT16U id,

OS_STK *pbos,

INT32U stk_size,

void *pext,

INT16U opt)

2.2 刪除任務API

有時候刪除任務是很有必要的。刪除任務,是說任務將返回并處于休眠狀態(tài)，并不是說任務的代碼被刪除了，只是任務的代碼不再被μC/OS-Ⅱ調(diào)用。通過調(diào)用OSTaskDel()就可以完成刪除任務的功能。OSTaskDel()一開始應確保用戶所要刪除的任務并非是空閑任務，因為刪除空閑任務是不允許的。不過，用戶可以刪除statistic任務。接著，OSTaskDel()還應確保用戶不是在ISR例程中去試圖刪除一個任務，因為這也是不被允許的。調(diào)用此函數(shù)的任務可以通過指定OS_PRIO_SELF參數(shù)來刪除自己。接下來OSTaskDel()會保證被刪除的任務是確實存在的。該函數(shù)的入口參數(shù)很簡單，只需要知道要刪除任務的優(yōu)先級即可。

INT8U OSTaskDel (INT8U prio)

2.3 改變?nèi)蝿諆?yōu)先級API

在用戶建立任務的時候會分配給任務一個優(yōu)先級。在程序運行期間，用戶可以通過調(diào)用OSTaskChangePrio()來改變?nèi)蝿盏膬?yōu)先級。換句話說，就是μC/OS-Ⅱ允許用戶動態(tài)的改變?nèi)蝿盏膬?yōu)先級。函數(shù)定義如下：

INT8U OSTaskChangePrio (INT8U oldprio, INT8U newprio)

用戶不能改變空閑任務的優(yōu)先級，但用戶可以改變調(diào)用本函數(shù)的任務或者其它任務的優(yōu)先級。為了改變調(diào)用本函數(shù)的任務的優(yōu)先級，用戶可以指定該任務當前的優(yōu)先級或OS_PRIO_SELF，OSTaskChangePrio()會決定該任務的優(yōu)先級。用戶還必須指定任務的新(即想要的)優(yōu)先級。因為μC/OS-Ⅱ不允許多個任務具有相同的優(yōu)先級，所以OSTaskChangePrio()需要檢驗新優(yōu)先級是否是合法的(即不存在具有新優(yōu)先級的任務)。如果新優(yōu)先級是合法的，μC/OS-Ⅱ通過將某些東西儲存到OSTCBPrioTbl[newprio]中保留這個優(yōu)先級。如此就使得OSTaskChangePrio()可以重新允許中斷，因為此時其它任務已經(jīng)不可能建立擁有該優(yōu)先級的任務，也不能通過指定相同的新優(yōu)先級來調(diào)用OSTaskChangePrio()。接下來OSTaskChangePrio()可以預先計算新優(yōu)先級任務的OS_TCB中的某些值。而這些值用來將任務放入就緒表或從該表中移除。

2.4 掛起任務和恢復任務API

有時候?qū)⑷蝿諕炱鹗呛苡杏玫?。掛起任務可通過調(diào)用OSTaskSuspend()函數(shù)來完成。被掛起的任務只能通過調(diào)用OSTaskResume()函數(shù)來恢復。任務掛起是一個附加功能。也就是說，如果任務在被掛起的同時也在等待延時的期滿，那么，掛起操作需要被取消，而任務繼續(xù)等待延時期滿，并轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。任務可以掛起自己或者其它任務。

OSTaskSuspend()函數(shù)的函數(shù)定義如下：

INT8U OSTaskSuspend (INT8U prio)

恢復任務OSTaskResume()函數(shù)定義為：

INT8U OSTaskResume (INT8U prio)

被掛起的任務只有通過調(diào)用OSTaskResume()才能恢復。因為OSTaskSuspend()不能掛起空閑任務，所以必須得確認用戶的應用程序不是在恢復空閑任務。注意，這個測試也可以確保用戶不是在恢復優(yōu)先級為OS_PRIO_SELF的任務(OS_PRIO_SELF被定義為0xFF，它總是比OS_LOWEST_PRIO大)。

2.5 獲得任務信息API

用戶的應用程序可以通過調(diào)用OSTaskQuery()來獲得自身或其它應用任務的信息。實際上，OSTaskQuery()獲得的是對應任務的OS_TCB中內(nèi)容的拷貝。用戶能訪問的OS_TCB的數(shù)據(jù)域的多少決定于用戶的應用程序的配置(參看OS_CFG.H)。由于μC/OS-Ⅱ是可裁剪的，它只包括那些用戶的應用程序所要求的屬性和功能。