（学习日记）2024.03.05：UCOSIII第七节：SysTick+任务时间片

news2024/12/24 11:34:59

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
部分内容由于保密协议无法上传。


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2024.03.05

  • 十六、UCOSIII：介绍SysTick
    • 1、SysTick简介
    • 2、初始化SysTick
    • 3、SysTick中断服务函数
  • 十七、UCOSIII：任务时间片运行
    • 1、对main()函数修改
    • 2、关闭中断函数CPU_IntDis()
    • 3、仿真测试

十六、UCOSIII：介绍SysTick

1、SysTick简介

RTOS需要一个时基来驱动，系统任务调度的频率等于该时基的频率。
通常该时基由一个定时器来提供，也可以从其他周期性的信号源获得。 刚好Cortex-M内核中有一个系统定时器SysTick，它内嵌在NVIC中，是一个24位的递减的计数器，计数器每计数一次的时间为1/SYSCLK。
当重装载数值寄存器的值递减到0的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

因为SysTick是嵌套在内核中的， 所以使得OS在Cortex-M器件中编写的定时器代码不必修改，使移植工作一下子变得简单很多。
所以SysTick是最适合给操作系统提供时基， 用于维护系统心跳的定时器。

SysTick寄存器汇总如下：

寄存器名称寄存器描述
CTRLSysTick控制及状态寄存器
LOADSysTick重装载数值寄存器
VALSysTick当前数值寄存器

SysTick控制及状态寄存器如下：

位段名称类型复位值描述
16COUNTFLAGR/W0如果在上次读取本寄存器后， SysTick 已经计到了 0，则该位为 1。
2CLKSOURCER/W0时钟源选择位，0=AHB/8，1=处理器时钟AHB
1TICKINTR/W01=SysTick倒数计数到 0时产生 SysTick异常请求，0=数到 0 时无动作。也可以通过读取COUNTFLAG标志位来确定计数器是否递减到0
0ENABLER/W0SysTick 定时器的启用位

SysTick 重装载数值寄存器如下：

位段名称类型复位值描述
23:0RELOADR/W0当倒数计数至零时，将被重装载的值

SysTick当前数值寄存器如下：

位段名称类型复位值描述
23:0CURRENTR/W0读取时返回当前倒计数的值，写它则使之清零，同时还会清除在SysTick控制及状态寄存器中的COUNTFLAG 标志

2、初始化SysTick

使用SysTick非常简单，只需一个初始化函数搞定，OS_CPU_SysTickInit函数在os_cpu_c.c中定义

我使用的是野火的教材，SysTick初始化函数野火没有使用μC/OS-III官方的，野火是自己另外编写了一个。
区别是uC/OS-III官方的OS_CPU_SysTickInit函数里面涉及 SysTick寄存器都是重新在cpu.h中定义，
而野火自己编写的则是使用ARMCM3.h（记得在os_cpu_c.c的开头包含ARMCM3.h这个头文件） 这个固件库文件里面定义的寄存器，仅此区别而已。

#include "ARMCM3.h"


#if 0 /* 不用μC/OS-III自带的 */
void  OS_CPU_SysTickInit (CPU_INT32U  cnts)
{
    CPU_INT32U  prio;

    /* 填写 SysTick 的重载计数值 */
    CPU_REG_NVIC_ST_RELOAD = cnts - 1u;

    /* 设置 SysTick 中断优先级 */
    prio  = CPU_REG_NVIC_SHPRI3;
    prio &= DEF_BIT_FIELD(24, 0);
    prio |= DEF_BIT_MASK(OS_CPU_CFG_SYSTICK_PRIO, 24);

    CPU_REG_NVIC_SHPRI3 = prio;

    /* 启用 SysTick 的时钟源和启动计数器 */
    CPU_REG_NVIC_ST_CTRL |= CPU_REG_NVIC_ST_CTRL_CLKSOURCE |
                            CPU_REG_NVIC_ST_CTRL_ENABLE;
    /* 启用 SysTick 的定时中断 */
    CPU_REG_NVIC_ST_CTRL |= CPU_REG_NVIC_ST_CTRL_TICKINT;
}

#else /* 直接使用头文件ARMCM3.h里面现有的寄存器定义和函数来实现 */
void  OS_CPU_SysTickInit (CPU_INT32U  ms)
{
    /* 设置重装载寄存器的值 */
    SysTick->LOAD  = ms * SystemCoreClock / 1000 - 1;

    /* 配置中断优先级为最低 */
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);

    /* 复位当前计数器的值 */
    SysTick->VAL   = 0;

    /* 选择时钟源、启用中断、启用计数器 */
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
#endif

  • SysTick->LOAD = ms * SystemCoreClock / 1000 - 1;
    配置重装载寄存器的值，我们配合函数形参ms来配置，如果需要配置为10ms产生一次中断，形参设置为10即可。

  • NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
    配置SysTick的优先级，这里配置为15，即最低。

3、SysTick中断服务函数

SysTick中断服务函数也是在os_cpu_c.c中定义

/* SysTick 中断服务函数 */
void SysTick_Handler(void)
{
    OSTimeTick();
}

SysTick中断服务函数很简单，里面仅调用了函数OSTimeTick()。
OSTimeTick()是与时间相关的函数， 在os_time.c文件中定义。

#include "os.h"

void  OSTimeTick (void)
{
	/* 任务调度 */
	OSSched();
}

OSTimeTick()很简单，里面仅调用了函数OSSched，OSSched函数暂时没有修改，还是手动切换任务
在这里插入图片描述

十七、UCOSIII：任务时间片运行

1、对main()函数修改

main()函数与之前区别不大

  1. 加入了SysTick相关的内容
    在这里插入图片描述
  2. 注释掉任务里的OSSched()函数
    在这里插入图片描述
/*
************************************************************************************************************************
*                                                 包含的头文件
************************************************************************************************************************
*/
#include "os.h"
#include "ARMCM3.h"

/*
************************************************************************************************************************
*                                                   宏定义
************************************************************************************************************************
*/


/*
************************************************************************************************************************
*                                                  全局变量
************************************************************************************************************************
*/

uint32_t flag1;
uint32_t flag2;

/*
************************************************************************************************************************
*                                                  TCB & STACK & 任务声明
************************************************************************************************************************
*/
#define  TASK1_STK_SIZE       20
#define  TASK2_STK_SIZE       20

static   CPU_STK   Task1Stk[TASK1_STK_SIZE];
static   CPU_STK   Task2Stk[TASK2_STK_SIZE];

static   OS_TCB    Task1TCB;
static   OS_TCB    Task2TCB;

void     Task1( void *p_arg );
void     Task2( void *p_arg );

/*
************************************************************************************************************************
*                                                  函数声明
************************************************************************************************************************
*/
void delay(uint32_t count);

/*
************************************************************************************************************************
*                                                    main函数
************************************************************************************************************************
*/
/*
* 注意事项：1、该工程使用软件仿真，debug需选择 Ude Simulator
*           2、在Target选项卡里面把晶振Xtal(Mhz)的值改为25，默认是12，
*              改成25是为了跟system_ARMCM3.c中定义的__SYSTEM_CLOCK相同，确保仿真的时候时钟一致
*/
int main(void)
{	
	OS_ERR err;
	
	/* 关闭中断 */
    CPU_IntDis();

  /* 配置SysTick 10ms 中断一次 */
  OS_CPU_SysTickInit(10);
	
	/* 初始化相关的全局变量 */
	OSInit(&err);
	
	/* 创建任务 */
	OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task1TCB, 
	              (OS_TASK_PTR ) Task1, 
	              (void *)       0,
	              (CPU_STK*)     &Task1Stk[0],
	              (CPU_STK_SIZE) TASK1_STK_SIZE,
	              (OS_ERR *)     &err);

	OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task2TCB, 
	              (OS_TASK_PTR ) Task2, 
	              (void *)       0,
	              (CPU_STK*)     &Task2Stk[0],
	              (CPU_STK_SIZE) TASK2_STK_SIZE,
	              (OS_ERR *)     &err);
				  
	/* 将任务加入到就绪列表 */
	OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;
	OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;
	
	/* 启动OS，将不再返回 */				
	OSStart(&err);
}

/*
************************************************************************************************************************
*                                                    函数实现
************************************************************************************************************************
*/
/* 软件延时 */
void delay (volatile uint32_t count)
{
	for(; count!=0; count--);
}



/* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{
	for( ;; )
	{
		flag1 = 1;
		delay( 100 );		
		flag1 = 0;
		delay( 100 );
		
		/* 任务切换，这里是手动切换 */		
		//OSSched();
	}
}

/* 任务2 */
void Task2( void *p_arg )
{
	for( ;; )
	{
		flag2 = 1;
		delay( 100 );		
		flag2 = 0;
		delay( 100 );
		
		/* 任务切换，这里是手动切换 */
		//OSSched();
	}
}

2、关闭中断函数CPU_IntDis()

在这里插入图片描述
关闭中断。
因为在OS系统初始化之前我们启用了SysTick定时器产生10ms的中断，在中断里面触发任务调度。
如果一开始我们不关闭中断，就会在OS还有启动之前就进入SysTick中断，然后发生任务调度，既然OS都还没启动，那调度是不允许发生的， 所以先关闭中断。
系统启动后，中断由OSStart()函数里面的OSStartHighRdy()重新开启。

CPU_IntDis()在cpu.c中被声明
在这里插入图片描述
一个关闭中断，一个开启中断
代码在cpu_a.asm中被定义
在这里插入图片描述

3、仿真测试

在这里插入图片描述

从图可以看到，两个任务轮流的占有CPU，享有相同的时间片。
其实目前的实验现象与上一章的实验现象还没有本质上的区别， 加入SysTick只是为了后续章节做准备。
上一章两个任务也是轮流的占有CPU，也是享有相同的时间片，该时间片是任务单次运行的时间。
不同的是本章任务的时间片等于SysTick定时器的时基，是很多个任务单次运行时间的综合。即在这个时间片里面任务运行了非常多次， 如果我们把波形放大，就会发现大波形里面包含了很多小波形
在这里插入图片描述

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