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第1篇 小型嵌入式操作系统基础3

第0章 概述3

第1章 实现一个简单的3任务调度系统8

1.1硬件和软件的准备9

1.1.1实验开发板9

1.1.2集成环境开发工具软件10

1.2构建简单的3任务调度操作系统10

1.2.1用KEIL C51建立一个工程11

1.2.2定义系统需要的变量15

1.2.3系统初始化及建立任务函数16

1.2.4建立一个简单的任务调度器25

1.2.5在实验板上运行29

总结32

第2章 嵌入式操作系统的程序文件34

2.1 RW/CZXT-1.0嵌入式操作系统的功能和特点34

2.2 RW/CZXT-1.0嵌入式操作系统的程序文件35

2.2.1系统的宏定义文件：XT-HDY.H36

2.2.2系统的配置文件：XT-PZ.H37

2.2.3系统的头文件XT.H37

2.2.4系统的初始化文件XT-INT.C38

2.2.5系统的调度文件XT-TD.C38

2.2.6系统任务管理文件XT-RWGL.C38

2.2.7系统时间管理文件XT-SHIJ.C39

2.2.8信号量、邮箱文件XT-XHL.C，XT-XXYX.C39

2.2.9消息队列功能文件XT-XXDL.C39

2.2.10内存管理功能文件XT-NCGL.C39

2.2.11系统服务功能文件XT-FUWU.C40

2.2.12系统MAIN文件XT-MAIN.C40

总结40

第3章 系统变量定义及初始化41

3.1系统的宏定义41

3.1.1系统状态模式的宏标志42

3.1.2任务状态宏标志42

3.1.3其他宏标志42

3.2系统变量的定义及其作用43

3.2.1定义系统管理控制块43

3.3.2定义任务的任务栈44

3.2.3定义任务的运行队列45

3.3任务控制块的定义及其作用45

3.3.1定义一个类型结构体：RWK45

3.3.2用类型结构体为每个任务定义任务控制块46

3.4系统的初始化操作46

3.4.1系统变量初始化47

3.4.2系统总初始化函数的结构48

3.5静态创建应用任务49

3.5.1在系统的头文件XT.H中，声明任务函数50

3.5.2定义任务栈50

3.5.3把任务函数的入口地址存放在任务栈中51

3.5.4初始化任务控制块53

3.3.5任务在运行队列中进行登记54

3.5.6在MAIN文件中编写任务函数模型54

3.6系统基础模型的编译和调试56

3.6.1在MAIN文件中加入各个程序文件56

3.6.2为系统建立MAIN函数56

3.6.3编译和调试57

3.6.4采用简单的方式启动任务运行57

总结58

第4章 任务调度器设计59

4.1时间片轮转调度方法60

4.1.1时间片轮转调度工作原理60

4.1.2时间片轮转调度工作模式61

4.1.3基于“优先和普通结合”的时间片轮转调度算法61

4.1.4提高系统实时性的其他方法63

4.2任务运行队列64

4.2.1运行队列的结构64

4.2.2运行队列的操作64

4.3堆栈原理、堆栈操作71

4.3.1任务栈设计71

4.3.2堆栈操作72

4.4任务调度器设计与实现73

4.4.1任务级调度器设计与实现74

4.4.2中断级调度器设计与实现79

4.4.3调度器设计注意事项82

4.5调度时机82

4.5.1任务调度的时机和调度限制82

4.5.2调度器上锁、解锁83

4.5.3中断嵌套计数器84

4.6调度器的应用对象85

4.7系统启动设计86

总结87

第5章 系统时间管理与应用函数设计88

5.1 AT89Sxx单片机定时器的设置89

5.1.1 T0定时器的工作方式设置89

5.1.2 T0定时器中断功能设置90

5.1.3 T0定时器初值设置90

5.1.4 T0定时器设置的程序代码90

5.2定时器驱动操作系统运行的原理91

5.2.1时间节拍与任务的运行时间片91

5.2.2定时器中断服务92

5.3时间延时应用函数设计99

5.3.1时间节拍延时函数100

5.3.2 100 ms延时函数102

5.3.3 1 s延时函数103

5.3.4恢复正在延时的任务104

5.4应用实验105

总结108

第6章 任务管理与应用函数设计110

6.1任务的状态111

6.1.1任务状态的宏定义111

6.1.2任务状态111

6.2任务状态的改变112

6.2.1任务状态迁移图112

6.2.2状态转换过程说明113

6.3控制任务的应用函数设计114

6.3.1挂起任务114

6.3.2恢复挂起的任务117

6.3.3任务等待中断信号119

6.3.4恢复等待中断的任务121

6.4应用实验123

6.4.1任务的工作要求123

6.4.2在MAIN文件中定义LED指示灯端口及相关变量123

总结129

第7章 嵌入式操作系统的实验应用130

7.1组织程序文件131

7.2系统关键参数配置132

7.2.1任务的总数量132

7.2.2任务栈长度132

7.2.3系统时钟粒度132

7.2.4时间片长度133

7.2.5延时基数133

7.3设计任务及其程序代码133

7.3.1确定任务的工作133

7.3.2定义任务运行所需的相关变量134

7.3.3任务函数的工作流程134

7.3.4任务函数的程序代码136

7.4在实验板上运行测试138

总结139

第2篇 内核功能扩展143

第8章 扩展任务管理功能143

8.1任务类型143

8.1.1系统空闲任务143

8.1.2首次任务144

8.1.3普通任务144

8.1.4实时任务144

8.2片外任务栈设计144

8.2.1堆栈指针144

8.2.2任务私有栈与公共运行栈结合的形式145

8.3动态创建应用任务146

8.3.1修改相关功能函数146

8.3.2实现动态创建任务148

8.4调度器任务切换操作149

8.4.1任务级调度器任务切换操作149

8.4.2中断级调度器任务切换操作154

8.4.3启动函数中任务调度操作155

8.5实时任务管理157

8.5.1实时令旗设计157

8.5.2就绪登记表159

8.5.3实时任务调度策略163

8.5.4为系统功能函数设计实时任务管理功能165

8.6应用实验173

8.6.1任务工作分配174

8.6.2动态创建应用任务174

8.6.3实验工程完整的程序代码174

总结176

第9章 信号量设计177

9.1信号量的作用178

9.1.1作为任务运行的标志178

9.1.2作为共享资源的使用标志179

9.1.3作为资源的数量标志179

9.2从简单实例了解信号量179

9.3信号量的类型182

9.3.1二进制型信号量182

9.3.2十进制型信号量182

9.3.3互斥型信号量183

9.4信号量的数据结构183

9.4.1信号量的宏定义标志及配置183

9.4.2定义信号量控制块184

9.4.3初始化控制块185

9.5信号量的应用函数设计186

9.5.1内部操作函数187

9.5.2创建信号量191

9.5.3阻塞申请信号量194

9.5.4非阻塞申请信号量199

9.5.5释放信号量201

9.5.6阻塞申请互斥信号量204

9.6应用实验210

9.6.1实验的项目211

9.6.2应用任务的工作分配211

9.6.3本实验的程序代码212

总结215

第10章 邮箱设计216

10.1从简单实例了解消息邮箱218

10.2邮箱的数据结构220

10.2.1有关邮箱的宏定义标志220

10.2.2定义邮箱控制块221

10.2.3初始化邮箱控制块222

10.3邮箱的应用函数设计222

10.3.1内部操作函数223

10.3.2创建邮箱226

10.3.3发消息给邮箱229

10.3.4阻塞式读邮箱232

10.3.5非阻塞式读邮箱236

10.4应用实验237

10.4.1实验的项目238

10.4.2应用任务的工作分配238

10.4.3本实验的程序代码238

总结240

第11章 消息队列设计242

11.1从简单实例了解消息队列243

11.2消息队列的数据结构246

11.2.1有关消息队列的宏定义标志246

11.2.2定义消息队列控制块247

11.2.3初始化消息队列控制块249

11.3消息队列应用函数设计249

11.3.1内部操作函数250

11.3.2创建消息队列253

11.3.3发送消息给队列257

11.3.4非阻塞式读消息队列260

11.3.5阻塞式读消息队列261

11.4应用实验266

11.4.1实验的项目266

11.4.2应用任务的工作分配266

11.4.3本实验的程序代码266

总结269

第12章 实现简单内存管理功能270

12.1内存分区管理机制271

12.1.1内存分区271

12.1.2内存块271

12.1.3定义内存分区271

12.1.4内存分区管理271

12.2内存管理控制块272

12.2.1内存管理控制块的数据结构272

12.2.2内存管理控制块初始化275

12.3内存分区管理应用函数设计275

12.3.1创建内存分区276

12.3.2申请一个内存块279

12.3.3释放归还一个内存块283

12.4内存块操作函数设计286

12.4.1清空内存块287

12.4.2在内存块中写入一个数据289

12.4.3从内存块中读出一个数据291

12.5应用实验293

12.5.1实验的项目293

12.5.2应用任务的工作分配293

12.5.3本实验的程序代码294

总结298

第13章 操作系统的服务功能299

13.1系统服务功能介绍299

13.2系统服务功能设计300

13.2.1系统服务功能的工作原理300

13.2.2工作原理分析300

13.2.3服务功能配置301

13.2.4相关定义301

13.2.1操作系统复位服务302

13.2.2操作系统暂停服务304

总结309

第3篇 操作系统的应用实战313

第14章 操作系统在水处理控制系统中的应用313

14.1矿泉水水处理系统结构313

14.1.1水处理系统的结构及工艺处理流程313

14.1.2矿泉水的处理方法314

14.2水处理系统控制方案314

14.2.1系统的工作模式315

14.2.2 CO2混合控制315

14.2.3臭氧混合控制315

14.2.4设备运行信号检测316

14.2.5控制信号检测316

14.2.6键盘输入和显示316

14.3控制系统主板硬件设计317

14.3.1控制主板硬件结构317

14.3.2控制主板硬件设计方案317

14.4控制系统软件设计322

14.4.1软件功能处理方案分析323

14.4.2为任务分配软件功能325

14.4.3操作系统应用配置327

14.4.4控制系统程序代码设计329

14.5控制系统软件测试337

14.5.1程序代码语法检查337

14.5.2软件仿真测试338

14.5.3软硬件功能测试338

总结338

附录A系统API应用函数应用说明339

A.1任务管理功能的API应用函数339

A.2时间管理功能的API应用函数341

A.3信号量管理功能的API应用函数342

A.4邮箱管理功能的API应用函数343

A.5消息队列管理功能的API应用函数344

A.6内存管理功能的API应用函数345

A.7服务功能的API应用函数347

附录B基础系统完整的程序代码349

B.1宏定义文件349

B.2配置文件349

B.3系统头文件350

B.4系统初始化文件351

B.5系统调度文件353

B.6时间管理文件359

B.7任务管理文件363

参考文献367