ucos2源码分析---内核部分（三）

最新推荐文章于 2025-04-27 12:59:51 发布

Donke_Dong

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分类专栏： RTOS学习文章标签：单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_44034198/article/details/126373540

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本文详细分析了uCOS2内核的CPU、Lib与OS部分的源码，包括uC-CPU中关于CPU配置、数据类型的定义以及临界区管理；uC-LIB提供的内存管理、字符处理功能；以及uCOS-II部分的临界区实现、内存池和汇编中的关键字。同时，文章介绍了文件包含、内存池、汇编关键字EXPORT的使用，并探讨了任务切换、临界区和中断处理的相关知识。

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注：本文章参考朱有鹏单片机课程课件

文章目录

一、uCOS2内核部分源码概述

1.1 主要包含如下三个文件夹

1）uC-CPU ：主要是和CPU硬件相关的
2）uC-LIB：主要是一些可能会使用到的库，比如内存相关、字符相关
3）uCOS-II：这个是真正和内核相关的代码

1.2 注意点

(1).asm的汇编文件
(2)学习技巧：一边分析一边写注解
(3)一个有意思的疑问：从简单（边角）到难（核心）还是从难到简单

二、uC-LIB部分源码分析

在这里插入图片描述
lib_def.h ：文件中定义了很多宏，这些宏要么是对一些常数的宏定义（譬如0 1 0xff等），要么是对一些可能用到的和环境有关的数值的定义（譬如一个月多少天，一天多少小时，一小时多少分等等）
lib_mem.h ：文件中包含了memory出错时的error code 以及一些配置宏，如：
LIB_MEM_CFG_ARG_CHK_EXT_EN 类似于这种宏在uCOS中叫做配置宏，这些宏的作用是用来配置uCOS内核的可选项目。uCOS本身设计的时候设计了很多属性，但是这些属性是可选使能或者不使能的，这样我们就可以通过一些配置宏来配置项目，在编译的时候（预处理）由编译器（预处理器）来帮我们把uCOS内核的这些特性加上或者去掉。
还有一些内存处理函数的声明，比如：复制、清除、设置等
lib_mem.c： 这个文件里面的就是对内存处理的各个函数定义，比如 Mem_Init 、Mem_Clr、Mem_Set、Mem_Copy等。
lib_str.c ： 这个文件里面主要就是实现对字符的处理，比如：Str_Len、Str_Copy、Str_Cmp等。
lib_mem_a.asm： 这文件是在ports目录下，是一个汇编文件，主要实现的是一个Mem_Copy的功能。
1)该文件实现了一个函数mem_cpy，这个函数是用来进行内存的拷贝的。内存的拷贝是在RTOS中非常重要，内核实现也会需要用到内存拷贝，所以效率要求比较高，所以用汇编来实现。
(2)为什么uCOS2中有些东西要用汇编来实现？2个原因：一个是效率更高，另一个是不得不用汇编因为C实现不了。

知识点1：文件包含的三种方法

1、#include<xxx.h>
这种方式下，预处理器通常只会去系统指定目录下查找。如果需要包含标准库头文件或者实现版本所提供的头文件，可以使用这种方式。

2、#include"xxx.h"
这种方式下，预处理器通常优先在当前目录下寻找，即当前工程下的其他源文件的目录。如果在当前目录下没有找到，那么预处理器也会搜索系统的 include 路径。如果需要包含针对程序所开发的源文件，则可用这种方式。

3、#include"xx\xx.h"
文件名中包含了路径，则预处理器只会到该目录下寻找。

版权声明：本文为优快云博主「蓝晴明」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u012017396/article/details/104006112

知识点2：内存池

内存池就是在程序启动时，预先向堆中申请一部分内存，交给一个管理对象。在程序运行中，需要时向管理对象“借”，不需要时“还”给管理对象。
更多详情请参考内存池简单实现（一）

知识点3：汇编中的EXPORT关键字

import，标识符表明要调用的函数为本模块外部定义的
export，标识符表示本模块中定时的符号可以为外部模块使用

总结

对于Lib这部分的源码分析，我们发现这部分代码的作用主要就是提供内存处理、字符处理和一些常用的宏定义的接口，方便我们其他地方进行调用。

三、uC-CPU部分源码分析

3.1 、cpu_def.h

该文件的作用主要是定义了CPU的字大小、大小端、以及临界区相关的宏。

这里主要是定义了临界区的几种方式

                                                        /* --------------- CPU CRITICAL SECTION METHODS --------------- */
#define  CPU_CRITICAL_METHOD_NONE                  0    /*                                                              */
#define  CPU_CRITICAL_METHOD_INT_DIS_EN            1    /* DIS/EN       ints.                                           */
#define  CPU_CRITICAL_METHOD_STATUS_STK            2    /* Push/Pop     int status onto stk.                            */
#define  CPU_CRITICAL_METHOD_STATUS_LOCAL          3    /* Save/Restore int status to local var.                        */

3.2 、cpu.h

该文件中主要作用：
1）定义了一些标准的数据类型
2）定义临界区进入退出宏
CPU_CRITICAL_ENTER()宏用来进入临界区，实现其实就是函数内部关闭中断，然后备份CPSR到局部变量cpu_sr中即可。
CPU_CRITICAL_EXIT()宏用来退出临界区，

#define  CPU_CFG_CRITICAL_METHOD        CPU_CRITICAL_METHOD_STATUS_LOCAL

#define  CPU_CRITICAL_ENTER()           {
      cpu_sr = CPU_SR_Save(); }
#define  CPU_CRITICAL_EXIT()            {
      CPU_SR_Restore(cpu_sr); }

所对应的汇编在cpu_a.asm中实现
在这里插入图片描述
这种方式就是通过Save/Restore 中断状态进行临界区进出，也就是3.1中最后的一种方式
3）进行函数声明
4）中断源的定义，这里目前有16个
5）一些特定寄存器的定义，比如：

在这里插入图片描述
volatile的作用：作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值
6）定义了CPU 寄存器一些特定的位

7）配置了一些error信息，就是在CPU中必须要配置的项，如果没有配置就会报错。
在这里插入图片描述

3.3 、cpu_a.asm

该文件的作用是一个用汇编实现了如下的功能，并导出供其他使用。
开关中断、保存恢复中断状态、计算第一个二进制数前0的个数、位反转、等待中断、等待异常。
在这里插入图片描述

3.4、cpu_c.c

这个文件中涉及位带访问的几个函数定义，如位带清除、位带设置、中断源关闭/使能、中断优先级设置/获取。

1)下面三行在宏定义配置判断成功时，其实相当于定义了一个函数内的局部变量，类型是CPU_SR，变量名是cpu_sr。定义这个局部变量的作用，是用来配合后面的2个宏。

#if (CPU_CFG_CRITICAL_METHOD == CPU_CRITICAL_METHOD_STATUS_LOCAL)
    CPU_SR      cpu_sr;
#endif

(2)RTOS中实现临界区常用的有三种方法，uCOS2本来是想要三种方式都支持的，所以在宏定义的时候定义了三种，但是实际上方式1和2都不靠谱，实际全是用的3，1和2名存实亡。所以CPU_CRITICAL_ENTER()和CPU_CRITICAL_EXIT()中直接使用了方式3，但是方式3的这2个宏依赖于一个名叫cpu_sr的局部变量。如果没有这个局部变量则会编译时报错，所以只要函数用到了这2个宏，就得在函数前面加上(1)中的三行。

知识点1： 临界区

临界区指的是一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。

当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待（例如：bounded waiting 等待法），有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用，例如：semaphore。只能被单一线程访问的设备，例如：打印机。

进程进入临界区的调度原则是：

1、如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。

2、任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。

3、进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。

4、如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

知识点2： 为什么有些宏定义在头文件中，有些定义在源文件中
结论：主要看可能使用的范围决定，详细可参考C项目中变量、宏定义、结构体等声明定义位置问题（头文件、源文件）

知识点3： STM32的位带操作
结论： 就是将每一