嵌入式系统通用的应用软件结构研究

摘要：嵌入式实时多任务操作系统在软件编程上有一定的相似性。这种相似的特性，使得我们可以将个别系统的编程经验推广到更多的系统上。本文就μC/OS-II内核的任务管理和内存管理进行基本的介绍，并介绍一个通用的应用软件结构。然后，与之相对应，提供两个不同操作系统下的应用实例。

    关键词：嵌入式系统 多任务 编程

引言

嵌入式系统的面向应用特性，使得大多数程序员沉陷于不同的应用中。在进入新的一轮开发后，往往只有一些简单的经验可供参考。为了加快应用的开发进度，有必要研究一种统一的应用软件结构，使开发人员能够通过简单模式套用，简化大量系统研究方面的工作，以加快嵌入式开发人员对新系统的理解和使用。

操作系统μC/OS-II和ECOS（Embedded Configurable OS）是我在研发过程中使用过的两个系统。这两个源码公开的系统是我们研究的基础。开发平台依次是PC机和EP7212开发板。

1 μC/OS-II内核

对于一个嵌入式系统内核，我们最关心的是：任务调度、内存管理及时间特性等。这里，只介绍与多任务编程联系最多的任务调度和内存管理。

1.1 任务调度

任务的状态有休眠、就绪及运行几种。任务调度就是遵循一定的原则，使多个任务共同使用同一处理机的过程。这一过程主要是通过对任务控制块（TCB）的管理来实现的。

当一个任务建立时，μC/OS-II系统为其所对应的OS_TCB赋值；当任务的CPU使用权被剥夺时，系统用OS_TCB来保存该任务的状态；当任务重新得到CPU使用权时，系统就可通过任务控制埠来使任务从被中断处继续执行下去。

在μC/OS-II中，TCB内包含如下基本项：

*OSTCBStkPtr是一个指向当前任务栈顶的指针，通过允许每个任务拥有自己的栈来减小系统的内存开销；

*OSTCBNextOSTCBPrev用于任务控制块的双重链接；

*OSTCBDly用于任务延时或超时限制；

*OSTCBStat任务的状态字，0表示就绪态；

*OSTCBPrio任务的优先级，值越小，优先级越高。

在μC/OS-II中，还有两个与任务调度相关的结构就绪表和估级判定表。就绪表中有两个变量用来存放每个任务的就绪标志。通过分组与优先级表中的项实现一一对应，进而确定进入就绪态的优先级最高的任务。

任务调度算法原型：

*关中断；

*取优先级最高的就绪任务；

*若不是当前任务，则进行任务切换；

*开中断。

任务切换中两步完成：将被挂起的任务的微处理器寄存器堆入栈，然后，将较高优先级的任务的寄存器值从栈中恢复到寄存器中。

1.2 内存管理

在嵌入式系统中，为了更高效地使用内存，除了常规的malloc()和free（）外，通常提供不同的内存组织形式，以满足特殊应用的需求。ΜC/OS-II中，操作系统把连续的大块内存按分区来管理，每个分区中包含整数大小相同的内存块。利用这种机制，μC/OS-II对malloc()和free（）进行改造，使得它们可分配和释放固定大小的内存块，并且使这两个函数的执行时间也固定下来。

为了使用户能得到需大小的内存块，在一个系统中可以多个内

《嵌入式系统通用的应用软件结构研究》