摘要：嵌入式操作系统UCOS-II具有多种、多样的系统服务功能，能够实时进行多项任务的管理，并将抢占式调度策略应用其中，高效、顺利的完成各项任务，保障相关应用程序的可靠性和可行性。基于此，本文结合UCOS-II操作系统的特点进行分析，了解其内核结构，探讨其在任务管理、内存管理、时间管理等方面的优势作用，并对其内核实现进行深入的研究，并为嵌入式操作系统UCOS-II的持续改进和升级提供有价值的参考。
关键词：嵌入式操作系统；UCOS-II；内核实现
前言：UCOS-II作为一种嵌入式操作系统，具有小巧、使用便捷的优势，能够能够提供多样化的系统服务，实时管理多个工作任务，在移动电话、GPS、路由器以及智能仪器中有着广泛的应用。运行UCOS-II系统，添加相关应用程序，执行特定的功能和任务。该过程中，需要了解UCOS-II的内核结构和运行机制，合理予以运用，高效进行各项任务的管理和处理，在内核中实现。
1.UCOS-II的内核结构
1.1临界段
实时嵌入式操作系统UCOS-II的工作运行中，能够利用其完全开放的内核源码，同时应用其丰富的资源，高效进行相关程序和任务的处理。在UCOS-II的内核结构中，其处理核心为oscore.c源码，涉及系统运行、任务调度和事件处理等工作内容。而任务的建立、删除的恢复中，则是由ostask.c源码进行处理。完成任务延时，则需要运用到时钟处理源码，即为ostime.c。在UCOS-II的工作运行中，实时对多项任务进行处理和调度，并实现通讯的同步，加强各项任务之间的联系。临界段是UCOS-II系统内核结构中的重要组成部分，操作系统的临界段操作功能，主要用于资源共享。在UCOS-II系统的工作运行中，需要在关中断的情况，进行临界段代码的处理。该过程中，可以避免其他任务进入其中，防止临界段代码处理工作受到干扰。完成对临界段代码的处理后，再开中断。而在开关中断的过程中，需要由OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()进行控制。根据系统未处理器自身的OS_CPU.H文件，对OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()做出定义。
1.2任务
UCOS-II系统在任务处理上，并非是简单的无限循环，而是应用OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRIO-2、OS_LOWEST_PRIO-1以及OS_LOWEST_PRIO作为优先级任务，根据将来使用的需要进行保留。然后对用户的多个应用任务赋予优先级，根据操作系统的实际运行情况，科学、合理的进行选择。
1.3中断处理
在嵌入式操作系统UCOS-II的中断处理工作中，需要启动中断服务子程序。在书写中断服务子程序的过程中，使用汇编语言，可以利用C语言编译器进行在线汇编，然后将中断服务子程序代码输入到程序文件中，即可完成对中断服务子程序的书写。在中断服务子程序框架中，在保存CPU寄存器的基础上，调用OSIntEnter。启动中断服务时，需要在程序中执行用户代码，并调用OSIntEnter()。恢复CPU寄存器，执行中断返回指令。
1.4中断与时钟节拍
嵌入式操作系统UCOS-II内核进入中断状态，可以根据OSIntEnter()和OSIntExit()进行判断，需要在保护现场的基础上，进行CPU寄存器入栈、中断函数处理等操作。然后进行进行CPU寄存器出栈、中断返回等操作，进而达到恢复现场的目的。UCOS-II系统内核的中断状态有着多种类型，其中包括时钟节拍。在扫描任务列表时，可以根据延时任务的具体情况，为上下文切换做好准备。根据周期性信号源，实现时间延时，并对超时进行确认，掌握时钟节拍率，可以从中了解系统的额外负荷情况。参考应用程序的精度，应用硬件定时器，判断时钟节拍的频率。UCOS-II系统在执行多项任务时，调用OSStart()，进而开启时钟节拍器。在调用OSIntEnter()、OSTimeTick()和OSIntExit()的前后，分别保存和恢复处理器寄存器的值，进而执行中断返回指令。
1.5初始化与启动
嵌入式操作系统UCOS-II的初始化，需要在其他服务调用之前，调用初始化函数OSInit()。基于初始化函数OSInit()，建立idle tast（就绪状态的空闲任务），然后以最低优先级，执行OS_LOWEST_PRIO，并对空数据结构缓冲区进行初始化处理。在启动多任务时，调用OSStart()，启动UCOS-II系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该过程中，在调用OSInit()后，完成UCOS-II系统的初始化。然后调用OSTastCreateExt()、OSStart()，开始执行多任务。在 UCOS-II系统执行任务的过程中，主要分为中断服务（中断、中断结束）、运行（任务调度、任务被占先）、就绪（创建任务、删除任务）、休眠以及等待或挂起等状态，应用任务控制块、任务就绪表[1]。
2.UCOS-II内核实现的应用
2.1任务创建
UCOS-II的内核实现，任务创建是十分重要的环节。用户任务管理工作的开展，需要以任务创建作为前提。应用OSTastCreate()进行任务创建，并传递任务地址。在任务创建的过程中，也可选择函数OSTastCreateExt()。
2.2任务调度
作为抢占式实时内核，在执行多任务的过程中，需要对任务的优先级进行判断。对于优先级最高的任务，分析其准备就绪情况，将嵌入式操作系统UCOS-II正式投入运行。不同的任务，其优先级要求也存在着一定的差异，需要做好任务调度工作，对于最高优先级任务进行查找，确认其是否准备就绪，为上下文的切换做好充分 准备。任务调度时间与程序中的任务数并无关联。在UCOS-II系统的运行中，优先级高的任务会率先进入就绪准备状态。在此基础上，应用调度器，有条不紊的完成各项任务。该过程中，使用函数OSSched()进行调度，而在中断级的调度工作中，则需要运行函数OSIntExt()。在确定任务优先级的过程中，可以参考就绪表，依据OSRdyGrp值和OSRdyTb1p[3]来确定高3位和低3位，根据OSRdyGrp=Ox08和OSRdyTb1p[3]==Ox3a进行判断。
将优先级任务放入到就绪表中，用于识别任务是否进入就绪态，并对优先级进行假设。将任务就绪表的相应位进行清零处理，UCOS-II中的所有任务均脱离就绪态吗，OSRdyGrp的相应位也会归零。
2.3任务切换
嵌入式操作系统UCOS-II中的任务切换，以任务寄存器入栈（挂起的任务）和任务寄存器出栈（较高优先级任务）出栈。调用OS_TASK_ SW()，执行系统调用指令，保护当前任务现场，恢复新任务的现场。然后执行中断返回指令和新的任务。调用OS_TASK_ SW()前的数据结构，根据存储器高地址和低地址，执行低优先级任务（OS_TCB，OSTCBCur）、高优先级任务（OS_TCB，OSTCBHighRdy），保存当前CPU寄存器的值。然后再重新装入要运行的任务。在任务切换的过程中，切换OS_TASK_ SW() 代码。在当前的堆栈中，推入R1、R2、R3、R4。再从新堆栈中弹出，进而执行中断返回指令。
2.4内存管理
在内存和释放内存的分配过程中，应用函数malloc()和free()进行动态分配。由于UCOS-II是嵌入式实时操作系统，其中可能存在内存碎片。在UCOS-II系统的运行过程中，将连续的大块内存进行分区管理，形成多个内存分区。在多任务执行的过程中，可以根据任务执行的实际需要，从中获取内存块。应用内存控制块，井然有序的进行内存管理。在内存控制快中，形成系统、完善的数据结构，能够对不同的内存分区进行实时跟踪，掌握分区起始地址、下一个空闲内存块、内存块大小、内存块数量以及空闲内存块数量。在内存管理工作中，在OS_MEN_ EN=1的情况下，OS_GFG.H文件中执行初始化命令OSMemInit()。另外，分别调用OSMemCreate()、OSMemGet()、OSMemPut()，用于建立内存分区、分配一个内存块和释放一个内存块。另外，在UCOS-II系统的时间管理工作中，与之相关的系统服务包括OSTimeDLY()、OSTimeDLYHMSM()、OSTimeDLYResmue()、OSTimeGet()以及OSTimeSet()。使用OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL作为临床资源保护措施。任务级的共享资源，。则需要利用OSSchedLock进行保护[2]。
结论：综上所述，嵌入式操作系统UCOS-II的内核实现，能够有效提升其在移动电话、GPS、路由器以及智能仪器等多个领域的应用价值，进一步完善和丰富其功能。该过程中，需要结合嵌入式操作系统UCOS-II的结构特点，深入了解临界段、任务、中断处理、时钟节拍以及初始化与启动等方面的内容，充分利用UCOS-II系统的功能，在任务创建、任务调度、任务切换、内存管理等方面发挥其重要作用，进而推动UCOS-II的广泛应用。
参考文献：
[1]何康华，雷阳阳.基于uCOS-III的教育机器人系统设计[J].电子测量技术，2016，39（10）:114-118.
[2]杨利.在ucos-Ⅱ嵌入式操作系统平台上实现exfat文件系统[J].科技资讯，2015，13（05）:11+13.
论文作者:袁艳芳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：优先级论文; 内核论文; 系统论文; 嵌入式论文; 操作系统论文; 过程中论文; 内存论文; 《电力设备》2019年第4期论文;