04 μC/OS-II 操作系统

考频：★★★★★（高频，选择题 + 填空题 + 综合题均有）

---

一、μC/OS-II 基本特点

考频：★★★★★（特点描述题必考）

特点	具体内容	易错点
内核类型	抢占式实时操作系统内核	是抢占式，不是协作式
最多任务数	64个（总计）	不是 63 个！
内核保留	4个（空闲任务、统计任务等）
用户可用任务	60个	最常考错：不是 63 个！
任务优先级	0~63，0 最高	数字越小，优先级越高
优先级唯一性	每个任务有唯一的优先级	不允许两个任务有相同优先级
时间片	不支持时间片轮转	纯优先级调度，不用时间片
栈空间	允许每个任务有不同的栈大小
可移植性	C 语言编写，少量汇编，可移植

[!WARNING] 两个超级易错点：

1. 用户可用任务是 60 个，不是 63 个！（64 - 4 = 60，内核占用 4 个）

2. μC/OS-II 不支持时间片轮转！ 它是纯优先级抢占调度，高优先级任务一旦就绪就会立即抢占 CPU。

---

二、任务的五种状态

考频：★★★★（状态转换图必考）

五种状态

状态	英文	说明
休眠态（Dormant）	Dormant	任务代码已存在，但未被 OSTaskCreate() 创建或已被删除，不参与调度
就绪态（Ready）	Ready	任务已创建，等待 CPU 使用权
运行态（Running）	Running	任务正在 CPU 上执行
等待态（Waiting/Blocked）	Waiting	任务在等待某个事件/资源/时间（如等信号量、等延时到期）
被中断态（Interrupted）	Interrupted	任务执行被中断服务程序打断

状态转换图

                OSTaskCreate()
休眠态 ─────────────────────→ 就绪态
  ↑                            ↕  ← 调度器选中/被更高优先级任务抢占
  │                           运行态
  │ OSTaskDel()                ↓  ← 等待事件/资源（如 OSTimeDly()）
  │                           等待态
  │                            ↓  等待的事件发生 → 回到就绪态
  │           中断发生
  └──────── 被中断态 ←───────────

[!CAUTION] 重要区分：

OSTimeDly() 调用后，任务进入的是"等待态（Waiting）"，不是"被中断态"！

被中断态是由硬件中断引起的，而 OSTimeDly() 是任务主动放弃 CPU 去延时等待，进入等待态。

---

三、任务管理关键函数

考频：★★★★★（综合题必考）

核心函数一览

函数	作用	备注
OSInit()	初始化 μC/OS-II 系统	最先调用，必须在所有其他 μC/OS-II 函数之前
OSTaskCreate()	创建一个任务	综合题"第19空"常考
OSStart()	启动多任务调度	综合题"最后一步"必考，调用后系统进入调度循环
OSTimeDly(n)	任务延时 n 个时钟节拍	调用后任务进入等待态
OS_ENTER_CRITICAL()	关中断，进入临界区	保护不可被打断的代码段
OS_EXIT_CRITICAL()	开中断，退出临界区	与 ENTER 成对使用
OSSchedLock()	锁定调度器（禁止任务切换）	不关中断，但禁止调度
OSSchedUnlock()	解锁调度器	与 Lock 成对使用

函数详解

OSTaskCreate() 原型

INT8U OSTaskCreate(
    void (*task)(void *pd),  // 任务函数指针
    void *pdata,             // 传给任务的参数
    OS_STK *ptos,            // 任务栈顶指针
    INT8U prio               // 任务优先级（0~63）
);

OSTimeDly() 说明

OSTimeDly(100);   // 延时 100 个时钟节拍
// 调用后：任务从运行态 → 等待态
// 等待 100 个节拍后，自动回到就绪态

---

四、任务间通信机制

考频：★★★（选择题）

μC/OS-II 提供以下几种任务间通信/同步机制：

机制	作用
信号量（Semaphore）	同步控制，控制共享资源的访问
互斥信号量（Mutex）	互斥访问，防止优先级反转
邮箱（Mailbox）	传递一个消息（一个指针）
消息队列（Message Queue）	传递多个消息（队列形式）
事件标志组（Event Flag）	多个事件的组合等待

[!WARNING] "内存文件"不是 μC/OS-II 的通信机制！

考题中如果问"μC/OS-II 任务间进行大规模数据共享用哪种方式"，选项里出现"内存文件"，这是错误选项（选 D 是陷阱）。

μC/OS-II 没有"内存文件"这个概念，大量数据共享通常用全局变量+信号量保护，或消息队列传递指针。

---

五、时钟节拍（Tick）

考频：★★★★（时序关系必考）

时钟节拍是什么？

时钟节拍是 μC/OS-II 的"心跳"，由硬件定时器周期性产生中断，驱动系统进行任务调度、延时计数等。

关键规则

规则	说明
节拍率越高，系统负荷越重	中断太频繁，CPU 大量时间用在中断服务上
在 OSStart() 之后激活时钟节拍	这是正确顺序！

[!CAUTION] 高频易错点：时钟节拍的激活时机！

正确做法：先调用 OSStart() 启动多任务，然后在某个任务里（通常是最高优先级的启动任务）初始化并激活定时器中断。

错误做法：在调用 OSStart() 之前就激活时钟节拍中断——这是错误的，可能导致系统崩溃（因为 μC/OS-II 的数据结构还没完全准备好，却已经开始节拍中断）。

---

六、综合题编程模板

考频：★★★★★（综合题必考，19、20空必须记住）

标准程序框架

#include "includes.h"

/* 任务栈 */
OS_STK TaskAStk[TASK_STK_SIZE];
OS_STK TaskBStk[TASK_STK_SIZE];

/* 任务函数声明 */
void TaskA(void *pdata);
void TaskB(void *pdata);

int main(void) {
    /* 第一步：初始化 μC/OS-II */
    OSInit();

    /* 第二步：创建任务（综合题"第19空"填 OSTaskCreate）*/
    OSTaskCreate(TaskA, (void *)0, &TaskAStk[TASK_STK_SIZE-1], 10);
    OSTaskCreate(TaskB, (void *)0, &TaskBStk[TASK_STK_SIZE-1], 11);

    /* 第三步：启动多任务调度（综合题"第20空"填 OSStart）*/
    OSStart();    // ← 这行之后程序永不返回，OS 开始调度

    return 0;     // 实际上永远不会执行到这里
}

void TaskA(void *pdata) {
    /* 在任务里初始化时钟节拍（在 OSStart 之后才对） */
    InitTimerTick();    // 初始化硬件定时器，激活时钟节拍

    while (1) {
        /* 任务主体代码 */
        DoSomething();
        OSTimeDly(100);   // 延时 100 个节拍，进入等待态
    }
}

综合题填空要点

位置	答案	说明
第 19 空	OSTaskCreate	创建任务的函数
第 20 空	OSStart	启动多任务调度

[!TIP] 记忆顺序：OSInit() → OSTaskCreate() → OSStart()

这三步是 μC/OS-II 程序的固定套路，一步都不能少，顺序也不能错。

---

本章小结

μC/OS-II 核心数字：
  总任务 64 个 → 内核占 4 个 → 用户可用 60 个（不是63！）
  优先级 0~63，0 最高

五种状态：休眠 → 就绪 → 运行 → 等待 → 被中断

关键函数顺序：OSInit() → OSTaskCreate() → OSStart()
OSTimeDly() 后进"等待态"（不是被中断态！）

不支持时间片轮转！（纯优先级抢占）
时钟节拍在 OSStart() 之后激活！
"内存文件"不是 μC/OS-II 的通信机制！

---

真题演练

以下是NCRE三级嵌入式真题中与本节相关的典型考题：

1. uC/OS-II操作系统启动的过程中，Bootloader执行完毕后，调用应用程序主文件里的main()函数。main()函数在执行过程中，除了用户函数和硬件初始化函数之外，需要执行以下三个主要的uC/OS-II函数：I. OSStart() II. OSTaskCreate() III. OSInit()。它们的执行顺序是（ ）。

• A）I、II、III
• B）III、I、II
• C）II、III、I
• D）III、II、I

答案解析

答：D main()函数中需要按顺序执行以下三个主要的uC/OS-II函数：OSInit()（操作系统初始化）-> OSTaskCreate()（创建任务）-> OSStart()（启动多任务调度）。一旦OSStart()函数开始执行，就标志着uC/OS-II进入了多任务调度的正常运行状态。

---

2. 在uC/OS-II中，OSSched()函数是任务调度的前导函数，用于判断进行任务调度的条件是否满足。下列满足条件的变量值为（ ）。

• A）OSIntNesting=0，OSLockNesting=0
• B）OSIntNesting=0，OSLockNesting=1
• C）OSIntNesting=1，OSLockNesting=0
• D）OSIntNesting=1，OSLockNesting=1

答案解析

答：A OSSched()判断进行任务调度的三个条件：(1) OSIntNesting=0，即所有的中断服务程序已执行完毕；(2) OSLockNesting=0，即调度没有被禁止（调度器未上锁）；(3) 就绪表中最高优先级任务的优先级比当前任务的优先级高。前两个条件都必须为0。

---

3. 在uC/OS-II中，OSInit()函数先建立最初的任务就绪表，然后建立4个空白的数据链表。这4个空白的数据链表是（ ）。

• A）任务控制块链表、事件控制块链表、标志链表和进程控制块链表
• B）任务控制块链表、事件控制块链表、消息链表和进程控制块链表
• C）任务控制块链表、事件控制块链表、标志链表和内存控制块链表
• D）任务控制块链表、事件控制块链表、消息链表和内存控制块链表

答案解析

答：C OSInit()函数先建立最初的任务就绪表，然后建立4个空白的数据链表：任务控制块链表、事件控制块链表、标志链表和内存控制块链表。注意没有"进程控制块链表"和"消息链表"这样的说法。

---

4. 【填空题】uC/OS-II的每个任务都处在休眠态、就绪态、_态、挂起态和被中断态5种状态之一的状态下。其中，在就绪态中uC/OS-II就绪表为每一个任务提供一个二进制位，登记该任务是否就绪，就绪时对应位的值为_。

答案

答：运行；1 uC/OS-II的每个任务都处在休眠态、就绪态、运行态、挂起态（等待某一事件发生）和被中断态5种状态之一。就绪表中每个任务对应一个位元，就绪时取值为1，没有就绪时取值为0。