手把手教你怎样从零开始写一个操作系统呢

1284 操作系统嵌入式单片机

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 手把手教你怎样从零开始写一个操作系统呢 0
2022-2-25 06:43:44　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 20 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 18 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 17 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 16 个回答。邀请回答科源机电该类别下有 15 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 15 个回答。邀请回答 kghfh 该类别下有 14 个回答。邀请回答 dgfdf 该类别下有 13 个回答。邀请回答 723662364d 该类别下有 13 个回答。邀请回答一巷清苑该类别下有 13 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 13 个回答。邀请回答 h1654155275.6473 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hjhdf 该类别下有 12 个回答。邀请回答 efwedfd 该类别下有 12 个回答。邀请回答小华同学该类别下有 12 个回答。邀请回答 jsqueh 该类别下有 12 个回答。邀请回答红旧衫该类别下有 12 个回答。邀请回答早知该类别下有 12 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 12 个回答。邀请回答张峰9998 该类别下有 12 个回答。邀请回答举报李军相关推荐 • 手把手教你学习STM32 1819 • 手把手教你学FPGA设计与应用 1751 • 手把手教你怎样去编译NodeMCU固件呢 1194 • 谁有手把手教你dsp28335案例 5929 • 手把手教你怎样从ST官网获取标准外设库以及官方例程 1652 • 手把手教你怎样去实现一个嵌入式软件架构的设计 1119 • 手把手教你如何去安装Keil C51软件？ 1449 • 手把手教你怎样去学习单片机呢 1224 • 手把手教你如何复制PCB线路板 5587 • 手把手教你如何去开发一种51单片机？有哪些步骤 1199 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 系统内核对外提供一些接口，主要有系统初始化，系统开启，任务创建及任务延时等。其功能原型如下： void OS_Init(void); void OS_Start(void); void Task_Creak(void (pfun)(void),INT8U pStack,INT8U Task_ID); void OSTimeDly(INT8U ticks); 1任务入口地址：在程序中，对某个功能函数进行调用时，一般会采用【程序名（参数）】这种方式进行调用，如下： int add(int a, int b) { return a +b; } int main() { sum = add(1,2);//调用函数 return 0; } 而在OS中，是不直接采用【程序名（参数）】这种方式调用任务函数的，而是对传统函数调用在底层上的模拟（想了很久都没有找到合适的话来解释，如果我没讲明白，可以看接下来的具体代码解释）。了解过C语言的函数调用原理或者编译原理的同学都知道，程序有一个运行时结构，当在调用函数时，程序会终止对主调函数（对应上面例子中的main()函数）的执行，转而去执行被调函数（对应上面的例子的add()函数），于是变会将被调函数的入口地址赋值给PC指针（编译器的工作），而之前，程序会对被调函数执行完后的返回地址进行压栈（编译器的工作），当被调函数执行完后，该值会赋给PC指针（编译器的工作），以便继续执行中断的主调函数，不过由于退栈的缘故，被调函数的运行环境会在被调函数执行完毕后销毁掉。这也对应了操作系统原理中所说的【上下文环境的切换】，当然也不完全相同，只是类似，操作系统的上下文切换是由操作系统控制的，本质是对上述行为的模拟，不是由编译器控制的，再者上述的调用过程会销毁被调函数的运行环境，而操作系统的目的是要在多个任务函数上进行连续切换执行，因此需要对各任务函数的运行环境进行保存，这就是下面将讲到的任务私有堆栈的工作。其实在C语言中（包括大部分语言）函数的函数名就表示函数的入口地址，该地址和变量地址一样需要使用一个指针变量进行存储，这就是所说的函数指针。上面的第一个例子可以改为： typedef int(FUN)(int a, int b);//定义一个合适的函数指针类型 int add(int a, int b) { return a +b; } int main() { FUN ADD = add; sum = ADD (1,2);//调用函数 return 0; } 为了简便介绍，默认的任务函数为无参无返回值函数（当然，为了使任务函数更加灵活，也可以为任务函数进行传参，如果支持传参，需要在汇编部分将参数赋值给相应的寄存器），一个简单的任务函数。 typedef int(TASKFUN)(void);//定义一个任务函数类型 void task1(void)//写一个任务函数，task1便是入口地址 { while(1)//任务函数必须是死循环函数，不然会跑飞 { /任务代码/ OSTimeDly(100);//我们写的是一个实时操作系统，不是分时系统，因此需要主动交出执行权限，该函数会在后面给出 } } 任务函数必须是死循环函数，因为写一个简单入门OS，不支持销毁销毁任务，想了解更加完善的OS可以看UCOS的源码，我也是一开始写了一个简单的OS后去看UCOS,会发现UCOS的最基本的内核和我们写的是差不多的，无非是功能更加完善。我也尝试对UCOS进行了相应裁剪工作（将一些不常用的功能剔除，或者将一些功能简化）并可正常运行,我一直都是围绕着这个简单的OS内核模型来思考的，因此我觉得写一个简单的OS模型还是有好处的，可以在用一些成熟的操作系统的时候，面对庞大的源码，也不至于思维混乱。即使在学习Linux这种分时操作系统也时有所帮助。 2任务私有堆栈：上面已经提到，操作系统的目的是要在多个任务函数上进行连续切换执行，因此需要对各任务函数的运行环境进行保存，因此需要为每个任务必须有属于自己的堆栈，而对运行环境的保存的数据结构就是任务私有堆栈，也称为人工堆栈。人工堆栈大小需要谨慎选择，不能短也不能太长，短了会是溢出会可能修改其他任务的人工堆栈，产生调度紊乱。太长会浪费空间，尤其是像51这种硬件资源本就少的单片机。在这里，堆栈的空间的预留是通过数组来划分的，即静态分配，当然也可以采用动态分配。在建立任务时，要对堆栈初始化（这也很关键），将任务入口地址压到最底部（不同的单片机情况不同，这里以51为例，后面的也是），然后sp指向正确的堆栈位置（不同的单片机情况不同，要保存的寄存器个数不同），个人在设计中发现，为了不让sp越界，最好将堆栈最底部单元预留出来，避免浪费可以用来保存任务信息，比如堆栈使用情况。 #define MAX_TASK 2 INT8U Stack[MAX_TASK][27]; 3任务控制块：在操作系统中任务是以任务控制块来管理的,和人工堆栈一样每个任务也有属于自己的任务控制块。一旦任务被创建，系统便会为任务提供一个任务控制块，任务代码与任务控制块关联后便成为系统的一个进程。任务控制块是由结构体描述的，由于内核的精简，任务控制块只由两个成员组成，代码如下： typedef struct{ //INT8U OSTCBStkPtr; //当前TCB堆栈指针 INT8U OSTCBSP; //INT8U OSTCBPREV; //前一个TCB指针 //INT8U OSTCBStkNext;//后一个TCB指照 //INT8U OSTCBPSW;j // INT8U OSTCBSP; // INT8U OSTCBPrio; //优先级 // INT8U OSTCBRdy; //就绪状态 INT8U OSTCBDly; //延时节拍 }OS_TCB; idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASK];//定义任务控制块表根据系统需求成员定义不同(一些成熟的OS会利用预编译来确定需要的成员，比如当配置时关闭一些功能，利用预编译判断不加入一些成员变量，从而达到节约内存的效果)，在这里，需求是自由延时服务的OS，只需要一个保存任务SP的成员变量和保存延时时间的成员变量，一些在一些成熟OS上常用的成员变量在这里可以注释掉。 5任务状态：在操作系统中方便任务的管理，将任务分为不同的状态，为了精简系统，系统任务状态分为三种，如下图所示。操作系统使用任务就绪表来记录任务的就绪情况，调度时从就绪表中获取优先级最高的就绪任务。 6 就绪表和查找表利用就绪表和查找表可以在任务调度切换阶段，找到就绪表中优先级最高的任务，为节约数据空间，任务状态使用一个字节的位来储存任务的就绪状态，即就绪表为一个一字节变量，且位号代表优先级别，约定位0位最高级别，位7为最低状态。 volatile INT8U CurID; volatile INT8U HighRdvID; volatile INT8U OS_Task_List; //就绪表优先级由高到低 0最高位 INT8U code OSMapTbl[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};//查找表 //查找最高优先级代码 for(i=0;i { if(OS_Task_List&OSMapTbl) { break; } } CurID=i;//找到最高优先级ID 这里的就绪表索引比较简单,仅仅是提供一个位掩码来对就绪表进行索引，但没有考虑到系统的实时性，无法在固定的已知时间内找到优先级最高的任务，而UCOS利用了更加高级的方式来对优先级最高任务进行查找。 /就绪表/ RLOS_U8 OSRdyTbl[RLOS_RDY_TBL_SIZE]; /查找表/ RLOS_U8 const OSMapTbl[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80}; RLOS_U8 const OSUnMapTbl[] = { 0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x00 to 0x0F / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x10 to 0x1F / 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x20 to 0x2F / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x30 to 0x3F / 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x40 to 0x4F / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x50 to 0x5F / 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x60 to 0x6F / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x70 to 0x7F / 7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x80 to 0x8F / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0x90 to 0x9F / 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0xA0 to 0xAF / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0xB0 to 0xBF / 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0xC0 to 0xCF / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0xD0 to 0xDF / 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, / 0xE0 to 0xEF / 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0 / 0xF0 to 0xFF / }; //查找最高优先级代码 RLOS_U8 y; y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; / Get pointer to HPT ready to run*/ OSPrioHighRdy = (RLOS_U8)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);找到最高优先级ID 具体为什么可以在固定时间找到最高优先级任务可以自行百度。还有需要注意的是，为了操作系统正常运行，必须保证任何时候都有任务可执行，也可以让系统默认设置一个优先级最低的默认任务。 7时钟节拍：时钟节拍是系统的心脏，由硬件产生，51系列可以用定时器产生毫秒级定时中断。初始化代码如下： void StartTicker(void)// { TMOD=0x01; TH0=0x0d8; TL0=0x0f0; ET0=1; TR0=1; } //定义一个中断函数 void TIME_TICK() interrupt 1 { static INT8U OSTime;//系统时间节拍 TF0=0; EA=0; TH0=0x0d8; TL0=0x0f0; OSTime ++; TickInterrupt();//时钟中断处理事务，主要任务处理调度和休眠计时，会在后面讲到 } 8临界区：由于操作系统是并发运行的，因此保证一些重要数据资源同步需要让系统停止调度，在这里让系统禁止多任务访问的代码片段称为临界区。在这里使用的51单片机，让系统停止调度的直接了当的办法就是关闭中断进入临界区，开启中断离开临界区。 #define OS_ENTER_CRITICAL() EA=0 #define OS_EXIT_CRITICAL() EA=1 9系统延时：通过系统延时，让当前任务主动交出执行权，并设置休眠时间。在钟中断处理事务函数中，会对休眠的任务进行休眠倒计时，当休眠时间结束时会重新加入就虚表中，然后参与任务调度。 void OSTimeDly(INT8U ticks) { S_ENTER_CRITICAL();//进入临界区 //os_tcb[CurID].OSTCBSP=SP; os_tcb[CurID].OSTCBDly=ticks; OS_Task_List&=~OSMapTbl[CurID]; OS_EXIT_CRITICAL();//退出临界区 OS_TASK_SW();//任务调度 } 10任务调度：学过单片机原理的都知道，cpu中有sp与pc两个特殊的寄存器，sp是堆栈指针，在51中它可以指向数据区的任意单元，PC是程序计数器，它始终保存下一条程序指令的地址。51C语言是可以直接操控sp的，但是pc不行，所以要想办法间接操控pc，对的，就是通过压栈和弹栈实现，在程序执行发生断点时（调动子程序或中断），cpu会自动将pc的值进行压栈，返回断点时会自动将栈顶的值弹回pc，这就是关键，如果在返回前，我们修改sp，不就可以间接操控pc了吗！这样就可以将cpu执行其他任务了；任务的调度也称上下文的切换，任务调度过程如下图所示。

2022-2-25 11:38:46 评论举报王洋