UCOSIII笔记（十七）UCOSIII内核的启动流程

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UCOSIII笔记（十七）UCOSIII内核的启动流程

UCOSIII作为一个经典的实时操作系统内核，其启动流程就像一场精心策划的“交响乐启幕”。我们将用通俗易懂的语言、场景对比和图表来详细解析这个过程。

一、核心思想：从“裸奔”到“有组织有纪律”

在介绍具体步骤前，我们先建立一个宏观认知。

• 裸机程序 (Before UCOSIII)： 像一个单人作坊。所有活儿（任务）都得靠一个main函数里的while(1)循环轮询着干。活儿一多，就容易互相耽误，响应不及时。
• UCOSIII系统 (After UCOSIII)： 像一个现代化的公司。有专门的调度器（相当于CEO），负责决定哪个员工（任务）现在该干活。有完善的通信机制（邮箱、信号量等，相当于公司内部的邮件、审批流）。UCOSIII的启动流程，就是这家公司的创立和初始化过程。

二、UCOSIII内核启动流程图

我们先通过下面这张流程图，从全局视角看看这场“交响乐”是如何一步步奏响的。图中清晰地标明了软件初始化与硬件初始化的分界线，这是理解启动过程的关键。

在这里插入图片描述

三、详细启动步骤分解

现在，我们沿着上面的流程图，一步步深入讲解。

第零幕：硬件平台初始化 (Before main)

这不是UCOSIII的一部分，但是一切的基础。当芯片复位后，首先执行的是启动文件中的汇编代码，它会：

1. 设置中断向量表。
2. 初始化堆栈指针(SP)。
3. 初始化静态变量。
4. 最后跳转到C语言的main函数。

场景比喻： 公司成立前，先要选址、通水通电、打好地基。

第一幕：main函数开场 —— 系统初始化 (OSInit())

进入main函数，UCOSIII的启动大戏正式拉开帷幕。

int main(void) {
    OS_ERR err;
    
    // 步骤1: 初始化UCOSIII内核
    OSInit(&err);
    
    // ...（后续步骤）
}

OSInit() 内部做了什么？ 它就像在搭建公司的管理架构和后勤部门。

此阶段小结： 经过OSInit()，UCOSIII所需的所有内部管理结构和系统任务都已准备就绪，但调度器还没有启动，整个系统仍然处于“静态初始化”状态。

第二幕：创建用户任务 (OSTaskCreate())

一个没有员工的公司是毫无意义的。接下来，我们需要创建至少一个用户任务。

// 创建一个用户任务，比如一个LED闪烁任务
OSTaskCreate((OS_TCB*)    &LedTaskTCB,     // 任务控制块
             (CPU_CHAR*)   "LED Task",      // 任务名
             (OS_TASK_PTR) led_task,        // 任务函数地址
             (void*)       0,               // 传递给任务的参数
             (OS_PRIO)     10,              // 任务优先级
             ...);
// 可以创建更多任务...

关键点：

• 必须至少创建一个用户应用任务。
• 任务创建后，会被加入到就绪列表中，等待被调度。
• 此时，就绪列表中通常有：空闲任务、时钟节拍任务、你创建的用户任务。

场景比喻： 公司的架构和后勤都齐了，现在开始招聘各个业务部门的员工，并把他们安排到工位上，随时准备投入工作。

第三幕：启动多任务调度 (OSStart())

这是最激动人心的一步！一旦调用OSStart()，UCOSIII的“CEO”（调度器）就正式上任了，公司开始全面运作。

// 前两步完成后，启动系统
OSStart(&err);

OSStart() 内部做了什么？ 它完成了从“初始化态”到“运行态”的惊险一跃，这个过程的细节对应了流程图中的“硬件相关启动阶段”。

1. 寻找最高优先级任务： 调度器会从就绪列表中找出优先级最高的、处于就绪状态的任务。
   • 在我们的例子中，假设LED任务的优先级(10)比空闲任务(最低)和时钟节拍任务(通常较高)都高，那么找到的就是LED任务。
2. 调用 OSStartHighRdy()： 这是整个启动流程中最核心、最硬件相关的一步。它通常由汇编语言编写，主要完成：
   • 设置PendSV异常优先级： 将PendSV（可挂起的系统调用）异常设置为最低优先级。这是为了任务切换不会打断某些高优先级的中断。
   • 触发第一次上下文切换： 它手动触发一个PendSV异常。在PendSV异常服务程序里，会执行以下操作：
     • 将当前环境（实际上是模拟的，因为还没有用户任务在运行）保存到假的任务堆栈。
     • 将最高优先级任务（LED任务）的堆栈指针加载到SP。
     • 从LED任务的堆栈中，恢复所有寄存器的值（包括程序计数器PC）。
     • 执行异常返回指令。这条指令会让CPU跳转到PC寄存器指向的地址，也就是led_task函数的开始处！

场景比喻： CEO (OSStart) 下令，人事部找到能力最强、待命的员工（最高优先级任务），然后直接把他“空降”到他的工位上，并把所有工作资料摆好（恢复上下文），说：“开始你的表演吧！”。

第四幕：平稳运行，多任务调度

从此，系统进入了由时钟节拍驱动的多任务环境。

• SysTick中断每秒触发N次，每次中断都会调用调度器。
• 调度器检查是否有更高优先级的任务就绪，或者当前任务是否需要延时。
• 如果需要切换，就再次触发PendSV异常，在异常里完成任务的切换。
• 空闲任务在无任务可运行时默默执行。

四、总结与核心要点表格

通俗易懂的最终总结：

可以把UCOSIII的启动想象成一场交响乐的启幕：

1. OSInit：乐手们（系统任务）各就各位，调试好自己的乐器（初始化TCB等），但全场保持安静。
2. OSTaskCreate：独奏家（你的用户任务）也走上舞台，准备就绪。
3. OSStart：指挥家（调度器）举起指挥棒，然后猛地落下！第一个音符奏响（你的任务开始运行）。 手们（系统任务）各就各位，调试好自己的乐器（初始化TCB等），但全场保持安静。
4. 从此，乐曲在指挥家的掌控下，根据乐谱（任务优先级和调度规则）流畅地进行下去。