3.1? 可變大小任務棧

　　一般來說，一個嵌入式系統(tǒng)中不會建立60個以上的任務。從簡單的角度考慮，應用μC/OS-II時，建立的所有任務均駐留不刪除，使用足夠大并且同樣大小的堆棧。這種處理任務的方法會對內(nèi)存數(shù)量提出較高要求。例如50個任務，每個任務棧均為128字節(jié)，則需要6 KB的RAM。

　　本著這樣一個原則來改進任務劃分：不需要駐留的任務運行完畢即刪除，可以自身刪除，也可以在別的任務里刪除。這種任務處理不僅可以重用任務優(yōu)先級，還可以重用任務堆棧，并且減少同時運行的任務數(shù)量。

　　刪除任務的辦法不僅可獲得共享的任務棧資源，而且也是一個方便中止某些應用程序的手段，前面提及的任何測試階段按Exit鍵退出所有測試的動作，就可以依靠刪除任務來實現(xiàn)。

　　把任務看作有大小的，這里的“大小”指需要“重入”到任務堆棧的變量的數(shù)量。如果每一個任務都使用相同大小的任務棧，對小任務而言顯然是在浪費寶貴的RAM，大小可變的任務棧才是經(jīng)濟合理的。

　　首先，在os_cfg.h頭文件中增加大、小兩個宏參數(shù)，如果需要更多不同的棧大小，還可以繼續(xù)增加參數(shù)。

　　#define MaxStkSize128//大任務棧
　　#define MinStkSize80//小任務棧
　　然后定義任務棧時使用它們：
　　OS_STK TaskDelStk1[MinStkSize];
　　OS_STK TaskDelStk2[MaxStkSize];

　　TaskDelStk1和TaskDelStk2是兩個可刪除任務所使用的任務棧，一個80字節(jié)，另一個128字節(jié)。

　　接下來是關鍵，要在任務堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit中進行處理：定義一個全局整型變量STK_SIZE，創(chuàng)建任務前給它賦值，任務創(chuàng)建時執(zhí)行的OSTaskStkInit函數(shù)用它來初始化模擬棧的長度。

　　修改前，OSTaskStkInit中的?C_XBP仿真堆棧指針（即模擬棧指針）的初始化語句如下：

　　*stk++ = (INT16U) (ptos + MaxStkSize) >> 8;//MaxStkSize是固定的棧長度
　　*stk++ = (INT16U) (ptos + MaxStkSize) & 0xFF;

　　注意：ptos是任務棧棧底，模擬棧從任務堆棧的另一頭開始。

　　修改后變?yōu)椋?/P>

　　*stk++ = (INT16U) (ptos + STK_SIZE) >> 8;//指針高8位
　　*stk++ = (INT16U) (ptos + STK_SIZE) & 0xFF;//指針低8位

　　創(chuàng)建任務前要給STK_SIZE賦予堆棧定義匹配的棧長度值，否則，會因為堆棧不能正確初始化導致任務崩潰。不同大小的任務棧結(jié)構如圖2所示，可以看出區(qū)別在于模擬棧不同。

圖2? 可變大小任務棧結(jié)構

　　利用可變大小任務棧創(chuàng)建一個小堆棧任務，示例如下：

　　STK_SIZE=MinStkSize;//提供堆棧大小值
　　/*創(chuàng)建帶TimeLimit參數(shù)的，分配有任務棧TaskDelStk1，優(yōu)先級為10的任務OverTime*/
　　OSTaskCreate(OverTime,(void*)&TimeLimit, &TaskDelStk1[0],10);

3.2? 系統(tǒng)任務劃分

　　用戶任務分為兩類： 一類任務是常駐任務，即創(chuàng)建后不用刪除的任務；另一類是可刪除任務，運行時建立，運行完刪除，該任務資源又可用來創(chuàng)建新的任務。

　　常駐任務有以下幾個：

　?、??主任務。用于控制程序流程，使用大任務棧，相當于主函數(shù)。
　?、? 溫度檢測任務。使用小任務棧，系統(tǒng)初始化后創(chuàng)建，并一直運行；每秒檢測一次溫度，根據(jù)兩個溫度傳感器的狀況調(diào)整加熱時間占空比和啟停散熱風扇，維持37 ℃恒溫。
　?、? 鍵盤掃描任務：使用小任務棧，自檢完畢后創(chuàng)建。等待接受鍵盤中斷程序發(fā)出的信號量，進行處理后發(fā)出鍵值到消息郵箱，供其他任務使用。需要這個鍵盤任務處理鍵值，而不是直接在鍵盤中斷服務程序中處理的原因是： 要盡可能縮短中斷服務時間。
　?、??旋轉(zhuǎn)光標指示器任務： 使用小任務棧。該任務在自檢和通道測試時起過程指示作用，當過程進行時，光標旋轉(zhuǎn)，過程結(jié)束則光標停止。因為在主任務的自檢和通道測試程序中均使用它，故采取常駐任務的形式，通過定時判斷4個標志位來決定是否旋轉(zhuǎn)1~4個光標。

　　常駐任務的堆棧共使用了128+80×3=368字節(jié)RAM。

　　可刪除任務根據(jù)任務函數(shù)的復雜性，也使用了大堆棧和小堆棧兩種結(jié)構，共8個任務。

　?、? 超時檢測任務：使用小任務棧，用于檢驗某一過程是否超時。
　?、? 日期時間顯示：使用小任務棧，在主菜單中定時顯示日期時間。離開主菜單后即可刪除，回到主菜單再重新建立。
　　③? ADC0任務：使用小任務棧，每隔100 ms掃描4個測試通道的A/D值，并發(fā)送至相應通道的消息郵箱，通道接收消息指針，獲得此A/D值。 這3個小堆棧任務不會同時運行，因此共享同一個任務堆棧。
　?、軂⑦? 通道1～4的測試任務：使用大任務棧，4個任務對應4個通道的并行測試。
　?、??數(shù)據(jù)打印和傳送任務：使用大任務棧，因為涉及較多的局部變量。如果直接在通道測試任務中進行打印和傳送，那么數(shù)據(jù)打印和串口傳送的時間之和可能會超過100 ms；特別是圖形點陣打印，有較多的數(shù)據(jù)發(fā)往打印機。這種情況違背了每次100 ms的精確采樣時間要求，丟失了數(shù)據(jù)，所以單獨安排為一個任務在后臺運行。

　　可刪除任務棧共使用80+128×5=720字節(jié)RAM。

　　總的任務共有12個，使用的任務?？臻g只有大約1 KB。

4? 任務優(yōu)先級分配

　　優(yōu)先級的合理分配圍繞實時性要求進行，因為可用優(yōu)先級較多，所以任務優(yōu)先級之間可取較大間隔。這樣當有更多的任務加入時，能安排在這些間隔中，不用改變已有任務的優(yōu)先級。本系統(tǒng)中優(yōu)先級關系可以按由高到低順序依次排列： 鍵盤掃描任務，超時檢測任務， A/D掃描轉(zhuǎn)換任務，主任務，各通道測試任務，數(shù)據(jù)打印和傳送任務，溫度檢測任務，日期時間顯示任務，如圖3所示。

圖3? 任務關系示意圖

　　常駐任務一般是固定優(yōu)先級，而可刪除任務每一次創(chuàng)建時卻能夠?qū)煌娜蝿蘸瘮?shù)和優(yōu)先級，且使用同一個任務棧。

　　一個任務函數(shù)可用于多個任務，這種“重用”的特性在獲得任務并行性的同時，最大限度地節(jié)約了代碼。本系統(tǒng)只有一個測試函數(shù)，卻構成了4個并行的通道任務。這些任務都是進入測試菜單后隨著各自通道鍵被按下后在主任務中創(chuàng)建的，復用的4個測試函數(shù)接受任務創(chuàng)建時主任務傳遞過來的參數(shù)，為本通道的計算、顯示、數(shù)據(jù)存儲等一系列工作服務。

5? 資源共享的處理

　　ADC0、LCD、打印機和串口等資源被4個測試任務所共享。資源共享有一些經(jīng)典的方法（如信號量、全局變量等），需要根據(jù)實際需求靈活運用。本系統(tǒng)的處理如下：

　?、? 對于ADC0，在A/D掃描轉(zhuǎn)換任務中每0.1 s輪流掃描4個通道一次，產(chǎn)生4個郵箱消息發(fā)往各自通道任務，以讀取對應的轉(zhuǎn)換結(jié)果。0.1 s的精確定時由定時器中斷獲得，中斷服務發(fā)出信號量啟動AD任務。一次掃描完成后A/D掃描轉(zhuǎn)換任務掛起，直至下一次信號量到來。
　?、? 對于LCD，情況要復雜一些，每個測試任務都要在LCD的各自區(qū)域顯示，但是LCD不能實現(xiàn)2個以上位置同時進行顯示處理，所以當涉及顯示過程時需要禁止任務切換，否則會造成顯示混亂。例如，當一個低優(yōu)先級任務的顯示工作還沒有完成時，若發(fā)生了任務切換，則高優(yōu)先級任務去進行另一個顯示。當重新切換回低優(yōu)先級任務后就沒有辦法繼續(xù)未完的顯示，因為顯示位置已經(jīng)被高優(yōu)先級任務所改變。
　?、? 對于打印機和串口，也有類似的問題，不允許一個結(jié)果尚未打印完成又去打印另一個結(jié)果。禁止任務切換的辦法不適合這里，因為打印和傳送耗時比LCD顯示長很多，禁止任務切換會影響到測試的實時性，它們單獨建立后臺任務的原因也在于此。

　　數(shù)據(jù)打印和傳送任務循環(huán)掃描各個通道的請求服務標志，當標志有效時即為該通道服務，服務完畢清除該標志，因數(shù)據(jù)打印和傳送任務的優(yōu)先級較低而不會對其他測試任務造成任何影響。被服務的通道測試任務循環(huán)檢測請求服務標志，檢測到標志被清除后才可以繼續(xù)下次測試，表示此次數(shù)據(jù)已經(jīng)輸出。其他高優(yōu)先級測試任務不會影響打印過程，因為先檢測到標志的通道獨占資源，直至傳送和打印完成后，打印任務才去檢測下一個標志；高優(yōu)先級任務的輸出請求要等低優(yōu)先級輸出完畢才能得到響應，優(yōu)先級反轉(zhuǎn)在這里是正確的。

6??結(jié)論

　　本文從嵌入式系統(tǒng)的并行程序出發(fā)，結(jié)合實時性的要求，討論了μC/OS-II操作系統(tǒng)環(huán)境下的任務劃分和優(yōu)先級確定的相關問題，提出了一些在μC/OS-II中用于減少資源耗用和同時運行的任務數(shù)量的改進措施。實踐證明，這些措施可以充分發(fā)揮μC/OS-II小巧精悍的特點，提高程序代碼的重用性，節(jié)約寶貴的RAM資源。本系統(tǒng)與采用雙通道測試、沒有RTOS、采用前后臺方式解決并行問題的方法比較[5]，后者占用了54 KB代碼，在人機界面和并行度上均不及前者。前者在加入了μC/OS-II和GUI，并能進行四通道測試的情況下，僅有59 KB代碼；排除更大的漢字庫容量后，實際代碼大小幾乎與原來相同，性能卻有了很大的提高。