文章目錄

• • 1 同優(yōu)先級(jí)時(shí)間片運(yùn)行
  • • 1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
    • 1.2 設(shè)計(jì)原理
    • 1.3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1 同優(yōu)先級(jí)時(shí)間片運(yùn)行

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

構(gòu)建一個(gè)允許多任務(wù)具備相同優(yōu)先級(jí)，且同優(yōu)先級(jí)任務(wù)按時(shí)間片占用CPU運(yùn)行的系統(tǒng)。

1.2 設(shè)計(jì)原理

當(dāng)前設(shè)計(jì)：每個(gè)優(yōu)先級(jí)只允許一個(gè)任務(wù)。

新的設(shè)計(jì)：

1.3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

配置優(yōu)先級(jí)列表：

任務(wù)鏈接結(jié)點(diǎn)：

修改獲取最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的方式：

時(shí)鐘節(jié)拍處理：增加時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。

主要代碼實(shí)現(xiàn)如下：

/*************************************** Copyright (c)****************************************************** ** File name : main.c ** Latest modified Date : 2016-06-01 ** Latest Version : 0.1 ** Descriptions : 主文件，包含應(yīng)用代碼 ** **-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ** Created by : 01課堂 lishutong ** Created date : 2016-06-01 ** Version : 1.0 ** Descriptions : The original version ** **-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ** Copyright : 版權(quán)所有，禁止用于商業(yè)用途 ** Author Blog : http://ilishutong.com **********************************************************************************************************/ #include "tinyOS.h" #include "ARMCM3.h"// 當(dāng)前任務(wù)：記錄當(dāng)前是哪個(gè)任務(wù)正在運(yùn)行 tTask * currentTask;// 下一個(gè)將即運(yùn)行的任務(wù)：在進(jìn)行任務(wù)切換前，先設(shè)置好該值，然后任務(wù)切換過(guò)程中會(huì)從中讀取下一任務(wù)信息 tTask * nextTask;// 空閑任務(wù) tTask * idleTask;// 任務(wù)優(yōu)先級(jí)的標(biāo)記位置結(jié)構(gòu) tBitmap taskPrioBitmap;// 所有任務(wù)的指針數(shù)組：簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只使用兩個(gè)任務(wù) tList taskTable[TINYOS_PRO_COUNT];// 調(diào)度鎖計(jì)數(shù)器 uint8_t schedLockCount;// 延時(shí)隊(duì)列 tList tTaskDelayedList;/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskInit ** Descriptions : 初始化任務(wù)結(jié)構(gòu) ** parameters : task 要初始化的任務(wù)結(jié)構(gòu) ** parameters : entry 任務(wù)的入口函數(shù) ** parameters : param 傳遞給任務(wù)的運(yùn)行參數(shù) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskInit (tTask * task, void (*entry)(void *), void *param, uint32_t prio, uint32_t * stack) {// 為了簡(jiǎn)化代碼，tinyOS無(wú)論是在啟動(dòng)時(shí)切換至第一個(gè)任務(wù)，還是在運(yùn)行過(guò)程中在不同間任務(wù)切換// 所執(zhí)行的操作都是先保存當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)（CPU寄存器值）的堆棧中(如果已經(jīng)運(yùn)行運(yùn)行起來(lái)的話)，然后再// 取出從下一個(gè)任務(wù)的堆棧中取出之前的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，然后恢復(fù)到CPU寄存器// 對(duì)于切換至之前從沒(méi)有運(yùn)行過(guò)的任務(wù)，我們?yōu)樗渲靡粋€(gè)“虛假的”保存現(xiàn)場(chǎng)，然后使用該現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。// 注意以下兩點(diǎn)：// 1、不需要用到的寄存器，直接填了寄存器號(hào)，方便在IDE調(diào)試時(shí)查看效果；// 2、順序不能變，要結(jié)合PendSV_Handler以及CPU對(duì)異常的處理流程來(lái)理解*(--stack) = (unsigned long)(1<<24); // XPSR, 設(shè)置了Thumb模式，恢復(fù)到Thumb狀態(tài)而非ARM狀態(tài)運(yùn)行*(--stack) = (unsigned long)entry; // 程序的入口地址*(--stack) = (unsigned long)0x14; // R14(LR), 任務(wù)不會(huì)通過(guò)return xxx結(jié)束自己，所以未用*(--stack) = (unsigned long)0x12; // R12, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x3; // R3, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x2; // R2, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x1; // R1, 未用*(--stack) = (unsigned long)param; // R0 = param, 傳給任務(wù)的入口函數(shù)*(--stack) = (unsigned long)0x11; // R11, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x10; // R10, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x9; // R9, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x8; // R8, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x7; // R7, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x6; // R6, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x5; // R5, 未用*(--stack) = (unsigned long)0x4; // R4, 未用task->slice = TINYOS_SLICE_MAX; // 初始化任務(wù)的時(shí)間片計(jì)數(shù)task->stack = stack; // 保存最終的值task->delayTicks = 0;task->prio = prio; // 設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級(jí)task->state = TINYOS_TASK_STATE_RDY; // 設(shè)置任務(wù)為就緒狀態(tài)tNodeInit(&(task->delayNode)); // 初始化延時(shí)結(jié)點(diǎn)tNodeInit(&(task->linkNode)); // 初始化鏈接結(jié)點(diǎn)tListAddLast(&taskTable[prio], &(task->linkNode)); // 插入對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中tBitmapSet(&taskPrioBitmap, prio); // 標(biāo)記優(yōu)先級(jí)位置中的相應(yīng)位 }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskHighestReady ** Descriptions : 獲取當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)且可運(yùn)行的任務(wù) ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 優(yōu)先級(jí)最高的且可運(yùn)行的任務(wù) ***********************************************************************************************************/ tTask * tTaskHighestReady (void) {uint32_t highestPrio = tBitmapGetFirstSet(&taskPrioBitmap);tNode * node = tListFirst(&taskTable[highestPrio]);return (tTask *)tNodeParent(node, tTask, linkNode); }/********************************************************************************************************** ** Function name : 初始化調(diào)度器 ** Descriptions : 無(wú) ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedInit (void) {int i = 0;schedLockCount = 0;tBitmapInit(&taskPrioBitmap);for (i = 0; i < TINYOS_PRO_COUNT; i++){tListInit(&taskTable[i]);} }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSchedDisable ** Descriptions : 禁止任務(wù)調(diào)度 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedDisable (void) {uint32_t status = tTaskEnterCritical();if (schedLockCount < 255) {schedLockCount++;}tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSchedEnable ** Descriptions : 允許任務(wù)調(diào)度 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedEnable (void) {uint32_t status = tTaskEnterCritical();if (schedLockCount > 0) {if (--schedLockCount == 0) {tTaskSched(); }}tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSchedRdy ** Descriptions : 將任務(wù)設(shè)置為就緒狀態(tài) ** input parameters : task 等待設(shè)置為就緒狀態(tài)的任務(wù) ** output parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedRdy (tTask * task) {tListAddLast(&taskTable[task->prio], &(task->linkNode));tBitmapSet(&taskPrioBitmap, task->prio); }/************************************************************************************************************ Function name : tSchedulerUnRdyTask ** Descriptions : tTaskSchedUnRdy ** Descriptions : 將任務(wù)從就緒列表中移除 ** input parameters : task òaò?3yμ?è????é ** output parameters : None ** Returned value : None ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedUnRdy (tTask * task) {tListRemove(&taskTable[task->prio], &(task->linkNode));// 隊(duì)列中可能存在多個(gè)任務(wù)。只有當(dāng)沒(méi)有任務(wù)時(shí)，才清除位圖標(biāo)記if (tListCount(&taskTable[task->prio]) == 0){tBitmapClear(&taskPrioBitmap, task->prio);} }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSched ** Descriptions : 任務(wù)調(diào)度接口。tinyOS通過(guò)它來(lái)選擇下一個(gè)具體的任務(wù)，然后切換至該任務(wù)運(yùn)行。 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSched (void) { tTask * tempTask;// 進(jìn)入臨界區(qū)，以保護(hù)在整個(gè)任務(wù)調(diào)度與切換期間，不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生中斷導(dǎo)致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 如何調(diào)度器已經(jīng)被上鎖，則不進(jìn)行調(diào)度，直接退bmif (schedLockCount > 0) {tTaskExitCritical(status);return;}// 找到優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。這個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)可能比當(dāng)前低低// 但是當(dāng)前任務(wù)是因?yàn)檠訒r(shí)才需要切換，所以必須切換過(guò)去，也就是說(shuō)不能再通過(guò)判斷優(yōu)先級(jí)來(lái)決定是否切換// 只要判斷不是當(dāng)前任務(wù)，就立即切換過(guò)去tempTask = tTaskHighestReady();if (tempTask != currentTask) {nextTask = tempTask;tTaskSwitch(); }// 退出臨界區(qū)tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskDelayedInit ** Descriptions : 初始化任務(wù)延時(shí)機(jī)制 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskDelayedInit (void) {tListInit(&tTaskDelayedList); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTimeTaskWait ** Descriptions : 將任務(wù)加入延時(shí)隊(duì)列中 ** input parameters : task 需要延時(shí)的任務(wù) ** ticks 延時(shí)的ticks ** output parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTimeTaskWait (tTask * task, uint32_t ticks) {task->delayTicks = ticks;tListAddLast(&tTaskDelayedList, &(task->delayNode)); task->state |= TINYOS_TASK_STATE_DELAYED; }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTimeTaskWakeUp ** Descriptions : 將延時(shí)的任務(wù)從延時(shí)隊(duì)列中喚醒 ** input parameters : task 需要喚醒的任務(wù) ** output parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTimeTaskWakeUp (tTask * task) {tListRemove(&tTaskDelayedList, &(task->delayNode));task->state &= ~TINYOS_TASK_STATE_DELAYED; }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSystemTickHandler ** Descriptions : 系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍處理。 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskSystemTickHandler (void) {tNode * node;// 進(jìn)入臨界區(qū)，以保護(hù)在整個(gè)任務(wù)調(diào)度與切換期間，不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生中斷導(dǎo)致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 檢查所有任務(wù)的delayTicks數(shù)，如果不0的話，減1。for (node = tTaskDelayedList.headNode.nextNode; node != &(tTaskDelayedList.headNode); node = node->nextNode){tTask * task = tNodeParent(node, tTask, delayNode);if (--task->delayTicks == 0) {// 將任務(wù)從延時(shí)隊(duì)列中移除tTimeTaskWakeUp(task);// 將任務(wù)恢復(fù)到就緒狀態(tài)tTaskSchedRdy(task); }}// 檢查下當(dāng)前任務(wù)的時(shí)間片是否已經(jīng)到了if (--currentTask->slice == 0){// 如果當(dāng)前任務(wù)中還有其它任務(wù)的話，那么切換到下一個(gè)任務(wù)// 方法是將當(dāng)前任務(wù)從隊(duì)列的頭部移除，插入到尾部// 這樣后面執(zhí)行tTaskSched()時(shí)就會(huì)從頭部取出新的任務(wù)取出新的任務(wù)作為當(dāng)前任務(wù)運(yùn)行if (tListCount(&taskTable[currentTask->prio]) > 0){tListRemoveFirst(&taskTable[currentTask->prio]);tListAddLast(&taskTable[currentTask->prio], &(currentTask->linkNode));// 重置計(jì)數(shù)器currentTask->slice = TINYOS_SLICE_MAX;}}// 退出臨界區(qū)tTaskExitCritical(status); // 這個(gè)過(guò)程中可能有任務(wù)延時(shí)完畢(delayTicks = 0)，進(jìn)行一次調(diào)度。tTaskSched(); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskDelay ** Descriptions : 使當(dāng)前任務(wù)進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。 ** parameters : delay 延時(shí)多少個(gè)ticks ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void tTaskDelay (uint32_t delay) {// 進(jìn)入臨界區(qū)，以保護(hù)在整個(gè)任務(wù)調(diào)度與切換期間，不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生中斷導(dǎo)致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 設(shè)置延時(shí)值，插入延時(shí)隊(duì)列tTimeTaskWait(currentTask, delay);// 將任務(wù)從就緒表中移除tTaskSchedUnRdy(currentTask);// 然后進(jìn)行任務(wù)切換，切換至另一個(gè)任務(wù)，或者空閑任務(wù)// delayTikcs會(huì)在時(shí)鐘中斷中自動(dòng)減1.當(dāng)減至0時(shí)，會(huì)切換回來(lái)繼續(xù)運(yùn)行。tTaskSched();// 退出臨界區(qū)tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************* ** 系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍定時(shí)器System Tick配置 ** 在我們目前的環(huán)境（模擬器）中，系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍為12MHz ** 請(qǐng)務(wù)必按照本教程推薦配置，否則systemTick的值就會(huì)有變化，需要查看數(shù)據(jù)手冊(cè)才了解 **********************************************************************************************************/ void tSetSysTickPeriod(uint32_t ms) {SysTick->LOAD = ms * SystemCoreClock / 1000 - 1; NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);SysTick->VAL = 0; SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; }/********************************************************************************************************** ** Function name : SysTick_Handler ** Descriptions : SystemTick的中斷處理函數(shù)。 ** parameters : 無(wú) ** Returned value : 無(wú) ***********************************************************************************************************/ void SysTick_Handler () {tTaskSystemTickHandler(); }/********************************************************************************************************** ** 應(yīng)用示例 ** 有兩個(gè)任務(wù)，分別執(zhí)行task1Entry和task2Entry ** 其中task1Entry的優(yōu)先級(jí)更高，只要它不處于延時(shí)狀態(tài)，那么就運(yùn)行它 ** task2Entry和task3Entry相同優(yōu)先級(jí)，按時(shí)間片切換運(yùn)行，且在task1Entry延時(shí)時(shí)才能運(yùn)行 **********************************************************************************************************/ int task1Flag; void task1Entry (void * param) {tSetSysTickPeriod(10);for (;;) {task1Flag = 1;tTaskDelay(1);task1Flag = 0;tTaskDelay(1);} }void delay () {int i;for (i = 0; i < 0xFF; i++) {} }int task2Flag; void task2Entry (void * param) {for (;;) {task2Flag = 1;delay();task2Flag = 0;delay();} }int task3Flag; void task3Entry (void * param) {for (;;){task3Flag = 1;delay();task3Flag = 0;delay();} }// 任務(wù)1和任務(wù)2的任務(wù)結(jié)構(gòu)，以及用于堆棧空間 tTask tTask1; tTask tTask2; tTask tTask3; tTaskStack task1Env[1024]; tTaskStack task2Env[1024]; tTaskStack task3Env[1024];// 用于空閑任務(wù)的任務(wù)結(jié)構(gòu)和堆棧空間 tTask tTaskIdle; tTaskStack idleTaskEnv[1024];void idleTaskEntry (void * param) {for (;;){// 空閑任務(wù)什么都不做} }int main () {// 優(yōu)先初始化tinyOS的核心功能tTaskSchedInit();// 初始化延時(shí)隊(duì)列tTaskDelayedInit();// 初始化任務(wù)1和任務(wù)2結(jié)構(gòu)，傳遞運(yùn)行的起始地址，想要給任意參數(shù)，以及運(yùn)行堆棧空間tTaskInit(&tTask1, task1Entry, (void *)0x11111111, 0, &task1Env[1024]);tTaskInit(&tTask2, task2Entry, (void *)0x22222222, 1, &task2Env[1024]);tTaskInit(&tTask3, task3Entry, (void *)0x33333333, 1, &task3Env[1024]);// 創(chuàng)建空閑任務(wù)tTaskInit(&tTaskIdle, idleTaskEntry, (void *)0, TINYOS_PRO_COUNT - 1, &idleTaskEnv[1024]);// 這里，不再指定先運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)，而是自動(dòng)查找最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)運(yùn)行nextTask = tTaskHighestReady();// 切換到nextTask， 這個(gè)函數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)返回tTaskRunFirst();return 0; }

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參考資料：

【李述銅】從0到1自己動(dòng)手寫嵌入式操作系統(tǒng)

總結(jié)

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