在任務運行過程中，會出現(xiàn)一些異常的情況，導致任務不能正常運行或者對操作系統(tǒng)造成影響。一般來說，這些異常是由程序的邏輯錯誤造成的，防止這些異常情況的出現(xiàn)和出現(xiàn)后進行補救就有格外重要的意義。

1 代碼重入與共享

?? 在應用中，可能會出現(xiàn)多個任務調用同一段代碼的情況，由于任務占用CPU是串行的，不會出現(xiàn)代碼資源使用沖突。但是，不同優(yōu)先級的任務同時調用同一段代碼，則可能出現(xiàn)低優(yōu)先級任務執(zhí)行某一函數(shù)時被執(zhí)行該函數(shù)的高優(yōu)先級任務打斷的情況，如果函數(shù)中要改寫全局變量而沒有使用互斥，就有可能導致錯誤的存取。例如在中斷中調用內存分配或者釋放函數(shù)，如果某個任務正在調用內存分配函數(shù)或者是內存釋放函數(shù)，打斷該任務時會造成異常，可能導致內存泄漏，甚至有可能會因在中斷中異常而reboot。另外，如果多個任務共用的代碼中有全局變量且使用目的不同，或者多個任務的代碼中有全局變量同名的情況，則有可能造成變量使用中的錯誤。VxWorks提供了任務變量（taskVar）的方法來解決這個問題，任務可以將使用的全局變量作為任務變量獨立使用，添加的任務變量保存在任務的上下文中，任務切換時保存當前內容。

2 符號表的使用

??VxWorks中有模塊（module）的概念。裝載模塊完成目標代碼文件在內存中的鏈接，并可以將目標代碼文件中的函數(shù)與全局變量加入符號表。符號表中的符號對C語言編寫的函數(shù)以原來名字命名，對于C++語言的函數(shù)則是在后面加上形參的數(shù)據(jù)類型作為符號名。如f1( )的符號名為f1__Fv，最后的v表示void類型；f2(int)符號名為f2__Fi，f3(int,int)為f3__Fii，依此類推。代碼的編譯過程中并不對要使用的函數(shù)和變量進行檢查。例如調用一個并不存在的函數(shù)編譯并不報錯，編譯器認為此函數(shù)可能在操作系統(tǒng)內核中或者已經下載的目標文件中，但在目標文件下載時會找不到要調用的函數(shù)。如果符號表中的符號出現(xiàn)了重名，譬如兩次下載的目標文件中有函數(shù)重名，則要作散列處理，之后對該函數(shù)的調用是最后加入符號表的函數(shù)，而之前已經裝載的模塊則不會受到影響。如果應用程序中使用了與操作系統(tǒng)內核同名的符號，則對操作系統(tǒng)某些API函數(shù)的調用將會失敗。

3 特殊的任務保護

??在VxWorks中，當一個任務被刪除，其它任務不會得到通知，而且由于任務間的獨立性，每一個任務可以無限制地刪除其它任務。在應用中，我們可能會把需要保護任務誤刪除。VxWorks 提供的兩個函數(shù)taskSafe( )和taskUnsafe( )將通知意外刪除任務而引起的問題。當任務調用taskSafe( )時，從調用的那一刻起，該任務就被保護起來而不會被其它任務刪除。如果任務1試圖刪除已經調用taskSafe( )的任務2，則任務1將被阻塞，直到任務2調用taskUnsafe( )。保護只能由任務自己實現(xiàn)，一個任務不能safe或unsafe另外一個任務。taskSafe( )和taskUnsafe( )支持嵌套模式。如果有嵌套發(fā)生，一個計數(shù)器將開始工作，每有一個taskSafe( )被調用，則計數(shù)器加1；調用1個taskUnsafe( )，則計數(shù)器減1。只有當計數(shù)器為0時，才能刪除該任務。

??有時為了執(zhí)行效率等原因，任務的運行需要禁止基于優(yōu)先級的搶占，這可以通過調用taskLock( )實現(xiàn)。如果任務1調用taskLock( )禁止了高優(yōu)先級任務對它的搶占，當任務1被阻塞或被暫停，核心將調度下一個具有最高優(yōu)先級的就緒任務運行。如果這時任務1又就緒且被調度運行，搶占又被禁止。但是，禁止基于優(yōu)先級的搶占可以阻止任務切換，卻并不會屏蔽中斷。調用taskUnLock( )可以解除優(yōu)先級搶占的禁止，通過調用taskLock( )和taskUnLock( )可以實現(xiàn)對臨界資源的互斥訪問。

4 任務調度中CPU的占用

??如前所述，不同優(yōu)先級的任務是通過搶占獲得CPU使用權的，如果不選時間片輪轉，相同優(yōu)先級的任務之間也是搶占CPU的。任務就緒隊列中正在運行的任務如果不主動放棄CPU，則其它同優(yōu)先級的任務不會得到運行，這樣就有可能看到幾個同優(yōu)先級的任務狀態(tài)同為READY，但實際上只有一個任務在運行的現(xiàn)象。比如在一個任務中用taskSpawn()函數(shù)創(chuàng)建一個同優(yōu)先級或低優(yōu)先級的任務，如果原任務一直占用CPU，新任務就不會開始運行。調用函數(shù)taskDelay()可以使任務放棄CPU一定的時間，從而實現(xiàn)任務間時間上的同步；也可以放棄CPU零時間，將任務移至同優(yōu)先級就緒隊列的末尾，這樣就可以實現(xiàn)多個同優(yōu)先級的任務并發(fā)運行。另外，由于中斷能夠打斷任務的運行，中斷處理函數(shù)中執(zhí)行的代碼就要盡可能少地占用CPU，并且中斷中不能有獲取信號量的操作。一旦處于等待之中，所有的任務均得不到運行，用戶可能會有CPU不響應的錯覺。

5 堆棧越界

??如前所述，每一個任務都有自己的堆棧，任務創(chuàng)建時進行初始化。每個堆棧的大小是固定，但是任務運行過程中并不對堆棧的使用進行限制。由于VxWorks不對內存訪問作限制，棧頂超越了原定的值后出現(xiàn)越界，這樣操作系統(tǒng)中該任務堆棧以外的內存區(qū)域就可能被改寫，會造成難以預料的結果，甚至可能造成任務的上下文區(qū)域被改寫而任務消失。造成越界的原因主要是在函數(shù)中定義了比較大的數(shù)組，以致進棧時越界。這樣在編寫程序時，就要求在堆棧許可的范圍內定義數(shù)組。如果確實需要比較大的內存空間，可以使用操作系統(tǒng)的內存分配函數(shù)來獲得內存。由于堆棧越界后有可能使任務的控制信息被破壞，使得對堆棧越界的檢測比較困難，例如可以在棧底寫入一串特殊字符，用另外一個任務或者中斷服務程序經常來檢查是否被改寫來判斷越界。

6 CPU異常

??在VxWorks中，當任務的指令執(zhí)行中出現(xiàn)了指令非法、地址尋址錯誤、總線錯、除數(shù)為0等情況時，就會出現(xiàn)CPU異常。比較常見的情況是，指針地址非法或者數(shù)組下標越界就有可能存取有效地址空間以外的地址而造成CPU異常。VxWorks提供一個異常處理句柄（handler）和一個名為tExcTask的任務來處理異常。異常出現(xiàn)后任務成為掛起狀態(tài)（suspend），并且不能轉變?yōu)槠渌鼱顟B(tài)。在VxWorks中，有一個異常向量表來對應各種異常，外部中斷也作為一種特殊的異常。VxWorks的做法是把多種異常的處理映射到同一個異常處理函數(shù)進行處理，并且VxWorks提供了向這個異常處理函數(shù)中鉤掛用戶的異常處理函數(shù)的接口excHookAdd()，也可以將某一個異常向量映射到指定的處理函數(shù)。
宋華偉，碩士研究生；彭建華，副教授：研究方向為嵌入式開發(fā)。
季新生：副教授，研究方向為移動通信系統(tǒng)。