UCOSIII 思维导图

使用操作系统主要就是因为操作系统的管理功能，可以更加有效的管理硬件的资源，而且操作系统的多线程运行管理，是一个很棒的功能，之前只能再while（1）中执行的单线程的处理，现在可以将各个功能分开成多个任务，能够更加有效的进行任务的调用，而且实时操作系统可以有更快的任务相应速度，实时性很强，如果我们自己编写，很麻烦，而这有写好的，成品的操作操作系统，何必花大把的时间去自己编写，何不直接用成品呢！

用户角度看，任务的状态共有五种：休眠态、就绪态、运行态、等待态、中断服务态；
休眠态：指任务已存在寄存器中，但不受系统的管理，可以通过OSTaskCreate()；创建任务接收系统的管理，当不需要这个任务时，可以调用OSTaskCreate();删除任务，删除实际上是使该代码无法获得CPU的使用权。
就绪态：任务准备运行时，就进入了就绪态，任务就绪表根据任务的优先级顺序对任务进行排序。
运行态：CPU会调用当前就绪态中优先级最高的任务，使其获得CPU的使用权，但是此时如果有更高优先级的任务就绪，CPU会立即收回任务，调用更高优先级的任务，使其获得CPU的使用权。
等待态：当用户调用使其进入等待某个事件的函数时，任务就会进入等待态，并自动放入等代表，直到其等待的事件发生，就会自动进入就绪态，并放入就绪表，当ucos-iii系统服务会判断这个就绪任务的优先级是否最高，如果是，CPU会剥夺当前的任务的CPU使用权，而刚就绪的任务会获得CPU的使用权。
中断服务态：CPU允许中断，当中断发生，由于中断服务程序的优先级最高，所以CPU会保存当前正在运行的任务的状态，然后进入中断服务程序，中断服务程序推荐写的尽量的少，最好只是发送某个消息、信号，某个任务在消息队列中收到消息后，任务会进入就绪态，此时中断服务程序结束，CPU查看任务就绪表中是否有更高优先级任务就绪，如果有，更高优先级的任务会进入到运行态，CPU会进入到更高优先级任务运行，如果就绪表中没有更高优先级的任务，CPU会恢复到之前运行的任务的状态，恢复现场，回到之前运行的任务继续运行。

ucos-iii将最低优先级分配给了空闲任务，最高优先级分配给了中断队列处理任务。任务的优先级在ucos-iii中是以就绪任务优先级位映射表和就绪任务列表表现的。就绪表由两部分组成，一个就绪优先级位映射表， 用来记录哪个优先级下有任务就绪，一个就绪任务列表，记录每一个优先级下的所有任务。当一个优先级下有任务就绪，那么对应的优先级位就会置一。采用这样的结构，再使用计算前导零，就会很迅速的计算出哪个优先级下有任务就绪。

任务调度就是中止当前正在运行的任务转而去执行其他的任务。
任务调度的类型可以分为可剥夺型调度，时间片轮转调度。ucos-iii中使用的主要是可剥夺型调度，只有当同一优先级下有多个任务时，才会使用时间片轮转调度。
UCOSIII是可剥夺型内核，因此当一个高优先级的任务准备就绪，并且此时发生了任务调度，那么这个高优先级的任务就会获得CPU的使用权！
UCOSIII中的任务调度是由任务调度器来完成的，任务调度器有2种：任务级调度器和中断级调度器。
任务级调度器为函数OSSched()。 调度器和任务切换执行期间中断是关闭的
中断级调度器为函数OSIntExit()，当退出外部中断服务函数的时候使用中断级任务调度。

可剥夺型任务调度又分为直接发布和延迟发布两种。

直接发布：
任务A正在运行，外设产生中断请求，该请求对应的中断服务程序运行，关闭中断，中断服务程序向外发布消息或者信号，开启中断，任务B正在等待该消息，任务B收到消息进入就绪态，任务调度器查找任务就绪表中优先级最高的任务，如果没有比A优先级更高的任务，就运行任务A，否则转而运行更高效优先级的任务。此过程中关中断来保护发布消息或者信号的过程。发布消息的代码放在了中断级运行。

延迟发布：
任务A正在运行，外设产生中断请求，该请求对应的中断服务程序运行，中断服务程序将要发布的函数调用和相关参数或者信号或消息存入“中断队列”，关闭中断，“中断队列处理任务”开始运行，将发布函数调用和相关参数提取出来，重新开启中断，锁定任务调度器，将发布函数调用和相关参数发布出去，挂起自身，解锁任务调度器。任务调度器查找任务就绪表中优先级最高的任务，如果没有比A优先级更高的任务，就运行任务A，否则转而运行更高效优先级的任务。此过程中关中断保护的是“中断队列处理任务”从“中断队列”提取发布函数调用信息的过程，锁定任务调度器是保护“中断队列处理任务”发布函数调用信息的过程。延迟发布巧妙的将发布函数调用信息的代码放在了任务级来操作，虽然减少了关中断时间，但是也延长了任务时间。注意：中断队列处理任务是系统内部任务，任务的优先级为最高（0）；

UCOSIII允许一个优先级下有多个任务，每个任务可以执行指定的时间(时间片)，然后轮到下一个任务，这个过程就是时间片轮转调度，当一个任务不想在运行的时候就可以放弃其时间片。
时间片轮转调度器为：OS_SchedRoundRobin()。
如图，3个同一优先级任务，每个任务都是4个时间片。

1、释放信号量或者发送消息，也可通过配置相应的参数不发生任务调度。
2、使用延时函数OSTimeDly()或者OSTimeDlyHMSM()。
3、任务等待的事情还没发生(等待信号量，消息队列等)。
4、任务取消等待。
5、创建任务。
6、删除任务。
7、删除一个内核对象。
8、任务改变自身的优先级或者其他任务的优先级。
9、任务通过调用OSTaskSuspend()将自身挂起。
10、任务解挂某个挂起的任务。
11、退出所有的嵌套中断。
12、通过OSSchedUnlock()给调度器解锁。
13、任务调用OSSchedRoundRobinYield()放弃其执行时间片。
14、用户调用OSSched()。

当UCOSIII需要切换到另外一个任务时，它将保存当前任务的现场到当前任务的堆栈中，主要是CPU寄存器值，然后恢复新的现场并且执行新的任务，这个过程就是任务切换。

任务切换分为两种：任务级切换和中断级切换。
任务级切换函数为：OSCtxSw()。
中断级切换函数为：OSIntCtxSw()。

两者的不同点就是，任务级切换有两步，第一步保存当前CPU运行的任务的状态，将其堆栈压入RAM中，第二步将新任务的栈压入CPU。而中断级是假设当前运行的任务的状态已经被保存过了，所以只做了将中断的堆栈压入CPU中。两者的堆栈指针也不同，任务有任务的堆栈区，中断有中断自己的堆栈区。

任务同步的方式有：单向同步和双向同步，双向不同不能被用来ISR和任务之间的同步。
任务同步的方法有：
- 信号量–更多被用来实现任务间的同步以及任务和ISR之间的同步。
- 任务信号量–使用的是任务内嵌的信号量，
- 事件标志组–任务与多个事件的发生同步，可以有“或”和“与”两种同步方式。
- 与多任务同步–通过广播信号量的方式使得多个任务同时开始执行。

任务同步的方式：
- 单向同步（信号量）–任务向任务，ISR向任务发送信号量
- 双向同步（任务信号量）–任务A正在执行，发布任务B的任务信号量，任务A通过等待内嵌信号量来与任务B同步，因为任务B还没有执行，任务A的执行被阻塞，等待任务A信号量发布。ucos-iii将任务B执行，发布任务A的任务信号量，因为任务B的任务信号量被发布了，所以任务B就与任务A同步了。

当一个任务等待信号量、互斥信号量、事件标志组、或者消息队列时，该任务就被加入任务挂起表，或者等待表中。
任务挂起表中的任务也是按照优先级排序的，高优先级的任务放在前面， 低优先级的任务放在后面。
以下是用到任务挂起表的几种内核对象，事件标志组、互斥信号量、信号量、消息。每个内核对象的头部都有三个相同的数据域，这三个数据域合起来叫做OS_PEND_OBJ。


任务挂起表实际上并不指向任务的控制块OS_TCB，而是指向一个OS_PEND_DATA类型的数据结构，其在任务被放入任务挂起表时会被动态分配到改任务的堆栈空间中。

转自https://blog.csdn.net/JosephGodVim/article/details/52021136