嵌入式实验二

1嵌入式实验报告二实验二优先级反转姓名：陈秀容班级：08通信（1）班学号：2108911011.实验目的掌握在基于优先级的可抢占嵌入式实时操作系统的应用中，出现优先级反转现象的原理。2.1实验设计2.1.1.优先级反转原理优先级反转发生在有多个任务需要使用共享资源的情况下，可能会出现高优先级任务被低优先级任务阻塞，并等待低优先级任务执行的现象。高优先级任务需要等待低优先级任务释放资源，而低优先级任务又正在等待中等优先级任务，这种现象就被称为优先级反转。两个任务都试图访问共享资源是出现优先级反转最通常的情况。为了保证一致性，这种访问应该是顺序进行的。如果高优先级任务首先访问共享资源，则会保持共享资源访问的合适的任务优先级顺序；但如果是低优先级任务首先获得共享资源的访问，然后高优先级任务请求对共享资源的访问，则高优先级任务被阻塞，直到低优先级任务完成对共享资源的访问。2.1.2.设计要点1）设计了3个应用任务TA0～TA2，其优先级逐渐降低，任务TA0的优先级最高。2）除任务TA1外，其它应用任务都要使用同一种资源，该资源必须被互斥使用。为此，创建一个二值信号量mutex来模拟该资源。虽然μC/OS-Ⅱ在创建信号量时可以选择采用防止优先级反转的策略，但在本实验中我们不使用这种策略。3）应用任务的执行情况如图2-1所示：注意：图中的栅格并不代表严格的时间刻度，而仅仅表现各个任务启动和执行的2相对先后关系。2.1.3.系统的运行流程1)系统初始化，之后进入main函数；2)在main函数中，首先创建一个二值的信号量mutex；3)在main函数中创建TaskStart任务，由TaskStart任务创建所有的应用任务（TA0、TA1、TA2）。优先级较高的任务TA0、TA1先延时若干个时钟节拍，以便低优先级任务TA2运行。4)t1时刻，任务TA2运行并首先申请到信号量mutex；5)t2时刻，任务TA1延时到期，任务TA1的优先级高于任务TA2的优先级，因此任务TA1立刻抢占TA2执行，任务TA2由执行态转为就绪态；6)t3时刻，任务TA0延时到期，任务TA0的优先级高于任务TA1的优先级，所以任务TA0立刻抢占执行，任务TA1由执行态转为就绪态，任务TA0申请二值信号量mutex被阻赛；7)t4时刻，任务TA1由就绪态转回为执行态；此时TA0在等待TA2保持的mutex,而TA2又因为优先级低于TA1被阻塞。如果TA1一直执行而TA2没有机会被调度的话，那么TA2将一直等到TA1执行完后才能执行，而TA0更要等到TA2释放它所占有的信号量资源后才能执行，这样就出现了优先级高的TA0任务等待优先级低的TA1任务的现象；8)t5时刻，任务TA1挂起自己，而TA0又因为申请二值信号量mutex而处于阻塞状态，所以任务TA2由就绪态转为执行态，任务TA2释放信号量mutex；9)t6时刻，TA0获得信号量并立刻抢占执行，任务TA2由执行态转为就绪态；10)t7时刻，任务TA0将自己延时一段时间，而TA1仍然处于挂起状态，TA2是当前最高优先级的就绪任务，它又转为执行状态，任务TA2因申请二值信号量mutex而阻塞；11)t8时刻，任务TA1延时到期转为执行态，任务TA1又因等待一个事件而阻塞；12)t9时刻，任务TA0延时到，释放二值信号量mutex，mutex被TA2得到后，内核自动切换任务；13)t10时刻，在就绪队列中，TA0优先级最高，TA0执行，又因为任务TA0等待一事件而阻塞；14)t11时刻,任务TA1延时到期，立刻抢占执行，又由于任务TA1等待一事件而阻塞；；15)t12时刻,任务TA2执行，保持信号量mutex；以后系统再次出现优先级反转现象；16)系统如此周而复始地运行……2.2.进行操作系统配置目的在于根据应用的需要，对操作系统的功能和规模进行设置，以便优化对系统存储空间的使用。配置的方法为修改μC/OS-Ⅱ源代码目录中的OS_CFG.h文件.33.程序清单#includeincludes.h/*******************************************定义部分************************************************/#defineTASK_STK_SIZE512//Sizeofeachtask'sstacks(#ofWORDs)#defineN_TASKS3//Numberofidenticaltasks#defineTASK_START_ID0//ApplicationtasksIDs#defineTASK_START_PRIO10//Applicationtaskspriorities#defineTASK_0_PRIO12#defineTASK_1_PRIO13OS_STKTaskStk[N_TASKS][TASK_STK_SIZE];//TasksstacksOS_STKTaskStartStk[TASK_STK_SIZE];//TaskStarttaskstackINT8UTaskData[N_TASKS];//ParameterstopasstoeachtaskINT32Ucount=0;//InitializecountOS_EVENT*mutex;/*******************************************声明部分************************************************/staticvoidTask0(void*pdata);//FunctionprototypesoftasksstaticvoidTask1(void*pdata);staticvoidTask2(void*pdata);staticvoidTaskStart(void*pdata);//FunctionprototypesofStartuptaskstaticvoidTaskStartCreateTasks(void);//Functionprototypesofcreattask/*******************************************实现部分************************************************//***@brief*main()函数，应用程序入口函数。*@param[in]无。*@return操作成功返回0；\n*出现问题返回1；*/intmain(void){INT8Uerr=err;4UCOS_CPU_INIT();//InstalluC/OS-II'srunninghardwareenvironmentOSInit();//InitializeuC/OS-IImutex=OSSemCreate(1);OSTaskCreate(TaskStart,(void*)0,&TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],4);OSStart();//Startmultitaskingreturn0;}/***@brief*TaskStart()函数，启动任务。*@param[in]void*。*@return无\n*/voidTaskStart(void*pdata){#ifOS_CRITICAL_METHOD==3//AllocatestorageforCPUstatusregisterOS_CPU_SRcpu_sr;cpu_sr=cpu_sr;//Avoidwarnings#endifpdata=pdata;//PreventcompilerwarningUCOS_TIMER_START();//TimerinterrupterstartTaskStartCreateTasks();//CreatealltheapplicationtasksOSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF);//SuspendtheTaskStart}/***@brief*TaskStartCreateTasks()函数，创建多任务。*@param[in]void*。*@return无*/voidTaskStartCreateTasks(void){5INT8Ui;for(i=0;iN_TASKS;i++)//CreateN_TASKSidenticaltasks{TaskData[i]=i;}//EachtaskwillpassitsownidOSTaskCreate(Task0,(void*)&TaskData[0],&TaskStk[0][TASK_STK_SIZE-1],5);OSTaskCreate(Task1,(void*)&TaskData[1],&TaskStk[1][TASK_STK_SIZE-1],6);OSTaskCreate(Task2,(void*)&TaskData[2],&TaskStk[2][TASK_STK_SIZE-1],7);}/***@brief*Task0()函数，执行一个任务。*@param[in]void*。*@return无*/voidTask0(void*pdata){INT8Uid;INT8Uerr;id=*(int*)pdata;for(;;){printf(Task_%dtryingtoGETMUTEX\n\r,id);OSSemPend(mutex,0,&err);/*Acquiremutex*/switch(err){caseOS_NO_ERR:printf(Task_%dGOTmutex.\n\r,id);OSTimeDly(200);/*Delay100clocktick*/break;default:printf(Task_%dCANNOTgetmutex,thenSUSPENDED.\n\r,id);OSTimeDly(200);/*Delay100clocktick*/break;}printf(Task_%dRELEASEmutex\n\r,id);OSSemPost(mutex);/*Releasemutex*/}}/**6*@brief*Task1()函数，执行一个任务。*@param[in]void*。*@return无*/voidTask1(void*pdata){INT8Uid;INT8Uerr=err;id=*(int*)pdata;for(;;){printf(Task_%dwaittingforanEVEBT\n\r,id);OSTimeDly(100);/*Delay100clocktick*/printf(Task_%d'sEVENTCAME!\n\r,id);OSTimeDly(100);}}voidTask2(void*pdata){INT8Uerr;INT8Uid;id=*(int*)pdata;for(;;){printf(Task_%dtryingtoGETMUTEX\n\r,id);OSSemPend(mutex,0,&err);/*Acquiremutex*/switch(err){caseOS_NO_ERR:printf(Task_%dGOTmutex.\n\r,id);OSTimeDly(200);/*Delay100clocktick*/break;default:printf(Task_%dCANNOTgetmutex,thenSUSPENDED.\n\r,id);OSTimeDly(200);/*Delay100clocktick*/break;}printf(Task_%dRELEASEmutex\n\r,id);OSSemPost(mutex);/*Releasemutex*/}}4.运行及观察应用输出信息75.实验小结：通过这次的实验我比较深刻的理解了书上学到的，解决优先级反转的问题，对于互斥信号量得使用比较明白清晰一些，这便是理论知识应用在实际问题中的最好的作用，检验我们所学的同时，