uC/OS-II内核超时等待机制的分析

摘要：本文从源代码角度分析了uC/OS-II内核超时等待机制，证实在一定情况下超时时间间隔不准确，在时间间隔到期的情况下，内核仍有可能返回成功，这不符合一般的操作系统原理。另外，结合超时等待机制的通用模型以及一些主流内核的实现方法，提出了这一不足之处的改正方法。
关键词：超时等待；资源；内核

Analysis of waiting-timeout in kernel
Abstract:Waiting-timeout of kernel is analyzed from source code in this paper.It indicates waiting-timeout of uC/OS-II is not correst in some case.The kernel can return success while it is time out.This is not correst.Based on the general type of Waiting-timeout of kernel and the other main real-time kernel ,a method is advanced to resolve this problem in the end.
Key words: waiting-timeout;resource;kernel

1  引言

    uC/OS-II是著名的源码公开的实时内核[1]，是专为嵌入式应用设计的，可用于各类8位16位和32位单片机或DSP。现在有很多使用者正在或已经将其移植到各种类型的芯片。因为源码公开，uC/OS-II也经常被作为嵌入式实时内核的教材，为专业人员提供了学习实时内核的难得机会。在实际使用中不管基于何种操作系统平台，应用程序经常会等待一些系统资源，如信号量，事件标志，消息等。等待类型共有三种：(1)如果不能马上获取，悬挂等待；(2)不管是否能获取资源，马上返回，不会等待；(3) 如果不能马上获取资源，将进行有限时间的等待，即超时等待。

2  超时等待机制的基本原理

    应用程序通过操作系统提供的系统调用接口获取资源时，在系统调用的入口参数里可以指定超时等待的最大时间，通常以毫秒为单位，内核会将其转化为系统的时钟滴嗒数(tick)。一般内核都会执行以下流程：
    (1)如果资源能马上获取，系统调用将成功返回。
    (2)如果资源不能马上获取，内核将设置一定时器进行计时，把当前任务悬挂在该资源的等待队列上，该任务从就绪表中删除，并进行调度，让出CPU的使用权。
    (3)如果在指定的时间内资源变得可以获取了，定时器应马上停止计时，该任务从等待队列里摘下并且重新回到就绪表中等候调度。
    (4)如果定时器到时，任务应该从等待队列里摘下并且重新回到就绪表中，系统调用返回超时信息。
    内核在每一个tick都会做一系列的工作，包括任务的延迟以及超时等待资源的定时器等相关的检查操作。一般来讲，在指定的时间间隔以外到达的资源和信号被认为是无效的，这也是指定超时时间间隔的原意所在，有些对时间要求苛刻的场合就有这种需求，内核必须处理好这方面的问题。

3  uC/OS-II内核超时等待机制的分析

    假设某任务T超时等待信号量资源R，先来分析时钟节拍函数的源代码。
    void OSTimeTick(void)
    {
      OS_TCB *ptcb;
      OSTimeTickHook();
      ptcb=OSTCBList;
      while(ptcb->OSTCBPrio!=OS_IDLE_PRIO){
       OS_ENTER_CRITICAL();
       if(ptcb->OSTCBDly!=0){

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