UC/OS II多任務(wù)機制

前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，uC/OS-II是一種基于優(yōu)先級的可搶先的多任務(wù)內核。那么，它的多任務(wù)機制到底如何實(shí)現的呢?了解這些原理，可以幫助我們寫(xiě)出更加健壯的代碼來(lái)。

首先我們來(lái)看看為什么多任務(wù)機制可以實(shí)現?其實(shí)在單一CPU的情況下，是不存在真正的多任務(wù)機制的，存在的只有不同的任務(wù)輪流使用CPU，所以本質(zhì)上還是單任務(wù)的。但由于CPU執行速度非?？?，加上任務(wù)切換十分頻繁并且切換的很快，所以我們感覺(jué)好像有很多任務(wù)同時(shí)在運行一樣。這就是所謂的多任務(wù)機制。

由上面的描述，不難發(fā)現，要實(shí)現多任務(wù)機制，那么目標CPU必須具備一種在運行期更改PC的途徑，否則無(wú)法做到切換。不幸的使，直接設置PC指針，目前還沒(méi)有哪個(gè)CPU支持這樣的指令。但是一般CPU都允許通過(guò)類(lèi)似JMP，CALL這樣的指令來(lái)間接的修改PC。我們的多任務(wù)機制的實(shí)現也正是基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)。事實(shí)上，我們使用CALL指令或者軟中斷指令來(lái)修改PC，主要是軟中斷。

回想一下你在微機原理課程上學(xué)過(guò)的知識，當發(fā)生中斷的時(shí)候，CPU保存當前的PC和狀態(tài)寄存器的值到堆棧里，然后將PC設置為中斷服務(wù)程序的入口地址，再下來(lái)一個(gè)機器周期，就可以去執行中斷服務(wù)程序了。執行完畢之后，一般都是執行一條RETI指令，這條指令會(huì )把當前堆棧里的值彈出恢復到狀態(tài)寄存器和PC里。這樣，系統就會(huì )回到中斷以前的地方繼續執行了。那么設想一下?如果再中斷的時(shí)候，人為的更改了堆棧里的值，那會(huì )發(fā)生什么?或者通過(guò)更改當前堆棧指針的值，又會(huì )發(fā)生什么呢?如果更改是隨意的，那么結果是無(wú)法預料的錯誤。因為我們無(wú)法確定機器下一條會(huì )執行些什么指令，但是如果更改是計劃好的，按照一定規則的話(huà)，那么我們就可以實(shí)現多任務(wù)機制。事實(shí)上，這就是目前幾乎所有的OS的核心部分。不過(guò)他們的實(shí)現不像這樣簡(jiǎn)單罷了。

下面，我們來(lái)看看uC/OS-II再這方面是怎么處理的。在uC/OS-II里，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)控制塊(Task Control Block)，這是一個(gè)比較復雜的數據結構。在任務(wù)控制快的偏移為0的地方，存儲著(zhù)一個(gè)指針，它記錄了所屬任務(wù)的專(zhuān)用堆棧地址。事實(shí)上，再u(mài)C/OS-II內，每個(gè)任務(wù)都有自己的專(zhuān)用堆棧，彼此之間不能侵犯。這點(diǎn)要求程序員再他們的程序中保證。一般的做法是把他們申明成靜態(tài)數組。而且要申明成OS_STK類(lèi)型。當任務(wù)有了自己的堆棧，那么就可以將每一個(gè)任務(wù)堆棧再那里記錄到前面談到的任務(wù)控制快偏移為0的地方。以后每當發(fā)生任務(wù)切換，系統必然會(huì )先進(jìn)入一個(gè)中斷，這一般是通過(guò)軟中斷或者時(shí)鐘中斷實(shí)現。然后系統會(huì )先把當前任務(wù)的堆棧地址保存起來(lái)，僅接著(zhù)恢復要切換的任務(wù)的堆棧地址。由于哪個(gè)任務(wù)的堆棧里一定也存的是地址(還記得我們前面說(shuō)過(guò)的，每當發(fā)生任務(wù)切換，系統必然會(huì )先進(jìn)入一個(gè)中斷，而一旦中斷CPU就會(huì )把地址壓入堆棧)，這樣，就達到了修改PC為下一個(gè)任務(wù)的地址的目的。