基于STM32F103C8T6+uC/OS-II的例程笔记(三)

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本文深入解析UCOS实时操作系统中任务切换的原理，包括PC和SP指针的作用，任务环境的保存与恢复，以及任务控制块的结构。通过理解核心函数OS_Sched()，揭示任务调度和程序切换的机制。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

上一篇讲了UCOS的移植和多线程程序的编写，如果是刚开始接触实时操作系统，一定对其中的多线程很好奇，到底是怎么实现的呢？
首先要了解两个指针，一个是PC指针存放在R15寄存器，另一个是SP指针存放在R13寄存器。
在这里插入图片描述
下面三点对理解程序切换很重要：
1.PC是个指路器，它指向哪儿，处理器就运行哪儿的。哪个程序占有了PC，哪个程序就占有了处理器。所谓的切换就是 PC<-目标地址。系统是通过把待运行程序的地址赋予程序计数器PC来实现程序的切换的。
2.程序切换前需要将原有任务环境保存，运行环境包括了两部分：处理器中的运行环境和内存中的运行环境。处理器里需要保存的就是寄存器组里的数据(如下图)，而内存里需要保存的是当前任务执行的堆栈。那当前任务代码呢？放心，保存了PC指针，到时候切换回来PC会指路的。
3.UCOS还会创建一个任务控制块OS_TCB的结构体，控制块里保存了堆栈栈顶指针，任务当前状态，任务优先级别等信息。程序代码、私有堆栈、任务控制块是任务的三要件。任务控制块提供了运行环境的存储位置。恢复一个任务的流程如下图：
在这里插入图片描述

搞懂任务切换的原理就可以在深入理解其他的函数了，先来说说执行任务调度的函数OS_Sched()

void  OS_Sched (void)
{
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                           /* Allocate storage for CPU status register     */
    OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;
#endif
    OS_ENTER_CRITICAL();
    if (OSIntNesting == 0u) {                          /* Schedule only if all ISRs done and ...       */
        if (OSLockNesting == 0u) {                     /* ... scheduler is not locked                  */
            OS_SchedNew();
            OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
            if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {          /* No Ctx Sw if current task is highest rdy     */
#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u
                OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;         /* Inc. # of context switches to this task      */
#endif
                OSCtxSwCtr++;                          /* Increment context switch counter             */
                OS_TASK_SW();                          /* Perform a context switch                     */
            }
        }
    }
    OS_EXIT_CRITICAL();
}

通过反查OS_Sched()的使用情况，这里不全部列出，执行这些函数的时候都会进行任务调度，而任务调度的时候会查找最高优先级的程序执行。
在这里插入图片描述
在某个任务的while1{…}循环里，必须要用上调度函数，才能在多任务间调度，实现任务切换。
未完待续