原创 UC/OS-II学习笔记6--实时系统的各种概念

注意：以下大部分知识源自邵贝贝老师以及任哲老师的书，本人只是加上个人理解后作为学习笔记使用，商业用途请联系原作者。

1、前后台系统

前台：中断服务程序处理异常事件；所以前台可以叫做中断级；（可以理解为处理特殊军情的军机处）

后台：无线循环的应用程序，循环中调用相应的函数完成相应的操作；所以后台也可称为任务级；（处理日常事务的内阁）

2、代码的临界段

也叫临界区，指处理时不可分割的代码。在该代码执行的时候，它是不允许任何中断插入打断的；

所以为了确保临界段不被打扰，执行前通常关中断，执行完之后通常开中断；

3、资源与共享资源

资源就是被任务所占用的实体，比如变量数组结构体，又或是打印机、键盘显示器等设备；

共享资源就是可以被两个或以上的任务所使用的实体。然而，虽说是共享，就像是公**立卫生间

一样，任务在使用它时是必须独占它的，为了防止数据被破坏。这个就叫互斥！（以后将会多次提到，共享资源的前提是必须满足信号量互斥！这点谨记哦）

4、任务切换

当多任务内核决定运行另外的程序时，就会把当前正在运行的任务的当前状态（寄存器中的全部内容），保存在自己任务的栈区中；然后再将下一个要运行的任务的当前状况从该任务的栈中装入CPU的寄存器，开始运行。这个过程叫做任务切换。

5、内核

Kernel 内核在多任务系统中负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务间的通信。

内核本身的代码会增加ROM的用量，本身的数据结构会增加RAM的用量。然而， 这并不是内存的最大占用。每一个任务都要有自己的堆栈空间，这部分占用内存相当多。所以，一般单片机不能运行实时内核，因为其RAM有限。除非扩展。

基于优先级调度的内核有两种：可剥夺型和不可剥夺型。

（1）不可剥夺型内核： 最鲜明的特点是用户不可强制剥夺某一个任务对CPU的使用权，而只能要求每个任务主动放弃CPU的使用权。异步事件还是由中断服务程序来处理，但是CPU是通过各个任务彼此合作共享的，好比是政治中的内阁一样，通过各个大臣共同协商来决定一件事，然后突发事件比如说倭寇入侵，那么就直接交给军机处（中断服务程序）了。中断服务后，使用权还是回到被中断前的那个任务,继续执行,直到任务执行完毕释放CPU为止。

     不可剥夺性内核有两个优点：

 ①第 一个就是他有一个很不错的救火消防员--响应中断速度快；

 ②第二个就是无须请额外的保镖（信号量）来保护家中那些共享资源，因为运行着的任务就是独立地占有着CPU，别的任务是不敢过来抢夺的，为啥，因为我就是不可剥夺型内核啊，敢造反不成！！！O(∩_∩)O

    诚然，不可剥夺型内核的缺点还是有的，而且有得很明显——任务响应时间慢。那就是你再有特权，背景比我深，本事比我强，优先级比我高，那也不行，就绪后还得在我使用完CPU后才能给你，你还不能抢。所以，有时候，会把你搞得很委屈，因为也许你要等我很久。。很久。。。

  （2）可剥夺型内核

 必须指出一点就是：当你的系统响应时间很重要时，那就不要使用不可剥夺性内核了，instead，你要使用可剥夺型内核，事实上，很多商业实时内核，包括uc/os都是可剥夺型内核哦！！这下子就是讲究谁的权力更大的时候了、

可剥夺型内核的世界里，规矩很简单——谁的优先级最高，一旦就绪，我总会给你CPU的使用权的，而不必等。比如说A在使用CPU,然后异常中断B来了，于是A暂停，去处理B，在处理B时，比A更高优先级的任务C来了，嗯，处理完B，注意，请注意，这不是演习（哈哈，爱情公寓、、）这里我的理解是哪怕是C的优先级比B还高，应该也是要等中断B执行完毕后再去执行C的，而A？不好意思，继续等着。谁叫你优先级低。。。

可剥夺型内核的优点是任务级系统的响应时间得到了最优化，而且是可知的（因为优先级就是用户自己给任务设定的。所以时间也可以自己推算）

6、可重入函数

可重入，顾名思义，当然是可以随时被中断打断，可以被一个以上的任务所调用，而不必担心函数中的数据被破坏掉。它会自动地将变量和数据保存在CPU寄存器或者堆栈中。

比如说我们对字符串的操作中有个函数就是字符串复制：strcpy 就是个可重入函数。

谁是可重入函数，谁是不可重入函数，不是我们自己定义的，UC/OS开发人已经定义好，我们会区分使用即可。

7、时间片轮番调度法

当2个或者2个以上的任务具有相同的优先级的时候，内核允许一个任务运行事先确定的一段时间（称为时间额度），然后切换给另外一个任务。这个过程就叫做“时间片轮番调度法”。

注意的是：

（1）UC/OS-II不支持时间片轮番调度法，所以用户在最多的256个优先级里必须给任务设定不同的优先级；

（2）最新发布的UC/OS-III不仅任务和优先级无数目限制，而且支持了时间片轮番调度。