μC/OS-II的任务管理

图 F4.1 内存碎片

μC/OS-Ⅱ支持的处理器的堆栈既可以从上(高地址)往下(低地址)长也可以从下往上长(参看4.02,任务堆栈)。用户在调用OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()的时候必须知道堆栈是怎样长的，因为用户必须得把堆栈的栈顶传递给以上两个函数，当OS_CPU.H文件中的OS_STK_GROWTH置为0时，用户需要将堆栈的最低内存地址传递给任务创建函数，如程序清单4.7所示。

程序清单 L4.7 堆栈从下往上递增

OS_STKTaskStack[TASK_STACK_SIZE];

OSTaskCreate(task,pdata,TaskStack[0],prio);

当OS_CPU.H文件中的OS_STK_GROWTH置为1时，用户需要将堆栈的最高内存地址传递给任务创建函数，如程序清单4.8所示。

程序清单 L4.8 堆栈从上往下递减

OS_STKTaskStack[TASK_STACK_SIZE];

OSTaskCreate(task,pdata,TaskStack[TASK_STACK_SIZE-1],prio);

这个问题会影响代码的可移植性。 如果用户想将代码从支持往下递减堆栈的处理器中移植到支持往上递增堆栈的处理器中的话，用户得使代码同时适应以上两种情况。在这种特殊情况下，程序清单L4.7和4.8可重新写成如程序清单L4.9所示的形式。

程序清单 L4.9 对两个方向增长的堆栈都提供支持

OS_STKTaskStack[TASK_STACK_SIZE];

#ifOS_STK_GROWTH==0

OSTaskCreate(task,pdata,TaskStack[0],prio);

#else

OSTaskCreate(task,pdata,TaskStack[TASK_STACK_SIZE-1],prio);

#endif

任务所需的堆栈的容量是由应用程序指定的。 用户在指定堆栈大小的时候必须考虑用户的任务所调用的所有函数的嵌套情况，任务所调用的所有函数会分配的局部变量的数目，以及所有可能的中断服务例程嵌套的堆栈需求。另外，用户的堆栈必须能储存所有的CPU寄存器。

4.3 堆栈检验，OSTaskStkChk()

有时候决定任务实际所需的堆栈空间大小是很有必要的。因为这样用户就可以避免为任务分配过多的堆栈空间，从而减少自己的应用程序代码所需的RAM(内存)数量。μC/OS-Ⅱ提供的OSTaskStkChk()函数可以为用户提供这种有价值的信息。

在图4.2中，笔者假定堆栈是从上往下递减的(即OS_STK_GROWTH被置为1)，但以下的讨论也同样适用于从下往上长的堆栈[F4.2(1)]。μC/OS-Ⅱ是通过查看堆栈本身的内容来决定堆栈的方向的。只有内核或是任务发出堆栈检验的命令时，堆栈检验才会被执行，它不会自动地去不断检验任务的堆栈使用情况。在堆栈检验时，μC/OS-Ⅱ要求在任务建立的时候堆栈中存储的必须是0值(即堆栈被清零)[F4.2(2)]。另外，μC/OS-Ⅱ还需要知道堆栈栈底(BOS)的位置和分配给任务的堆栈的大小[F4.2(2)]。在任务建立的时候，BOS的位置及堆栈的这两个值储存在任务的OS_TCB中。

为了使用μC/OS-Ⅱ的堆栈检验功能，用户必须要做以下几件事情：

z 在OS_CFG.H文件中设OS_TASK_CREATE_EXT为1。

z 用OSTaskCreateExt()建立任务，并给予任务比实际需要更多的内存空间。

z 在OSTaskCreateExt()中， 将参数opt设置为OS_TASK_OPT_STK_CHK+OS_TASK_OPT_STK_CLR。注意如果用户的程序启动代码清除了所有的RAM，并且从未删除过已建立了的任务，那么用户就不必设置选项OS_TASK_OPT_STK_CLR了。这样就会减少OSTaskCreateExt()的执行时间。

z 将用户想检验的任务的优先级作为OSTaskStkChk()的参数并调用之。

图 4.2 堆栈检验

OSTaskStkChk()顺着堆栈的栈底开始计算空闲的堆栈空间大小， 具体实现方法是统计储存值为0的连续堆栈入口的数目，直到发现储存值不为0的堆栈入口[F4.2(5)]。注意堆栈入口的储存值在进行检验时使用的是堆栈的数据类型(参看OS_CPU.H中的OS_STK)。换句话说，如果堆栈的入口有32位宽，对0值的比较也是按32位完成的。所用的堆栈的空间大小是指从用户在OSTaskCreateExt()中定义的堆栈大小中减去了储存值为0的连续堆栈入口以后的大小。OSTaskStkChk()实际上把空闲堆栈的字节数和已用堆栈的字节数放置在0S_STK_DATA数据结构中(参看μCOS_Ⅱ.H)。注意在某个给定的时间，被检验的任务的堆栈指针可能会指向最初的堆栈栈顶(TOS)与堆栈最深处之间的任何位置[F4.2(7)]。 每次在调用OSTaskStkChk()的时候， 用户也可能会因为任务还没触及堆栈的最深处而得到不同的堆栈的空闲空间数。

用户应该使自己的应用程序运行足够长的时间，并且经历最坏的堆栈使用情况，这样才能得到正确的数。一旦OSTaskStkChk()提供给用户最坏情况下堆栈的需求，用户就可以重新设置堆栈的最后容量了。为了适应系统以后的升级和扩展，用户应该多分配10%-100%的堆栈空间。在堆栈检验中，用户所得到的只是一个大致的堆栈使用情况，并不能说明堆栈使用的全部实际情况。

OSTaskStkChk()函数的代码如程序清单L4.10所示。0S_STK_DATA(参看μCOS_Ⅱ.H)数据结构用来保存有关任务堆栈的信息。笔者打算用一个数据结构来达到两个目的。第一，把OSTaskStkChk()当作是查询类型的函数，并且使所有的查询函数用同样的方法返回，即返回查询数据到某个数据结构中。第二，在数据结构中传递数据使得笔者可以在不改变OSTaskStkChk()的API(应用程序编程接口)的条件下为该数据结构增加其它域，从而扩展OSTaskStkChk()的功能。现在，0S_STK_DATA只包含两个域：OSFree和OSUsed。从代码中用户可看到，通过指定执行堆栈检验的任务的优先级可以调用OSTaskStkChk()。如果用户指定0S_PRIO_SELF[L4.10(1)]，那么就表明用户想知道当前任务的堆栈信息。当然，前提是任务已经存在[L4.10(2)]。要执行堆栈检验，用户必须已用OSTaskCreateExt()建立了任务并且已经传递了选项OS_TASK_OPT_CHK[L4.10(3)]。如果所有的条件都满足了，OSTaskStkChk()就会象前面描述的那样从堆栈栈底开始统计堆栈的空闲空间[L4.10(4)]。 最后，储存在0S_STK_DATA中的信息就被确定下来了[L4.10(5)]。注意函数所确定的是堆栈的实际空闲字节数和已被占用的字节数，而不是堆栈的总字节数。当然，堆栈的实际大小(用