文章目錄

• • 1 同優先級時間片運行
  • • 1.1 設計目標
    • 1.2 設計原理
    • 1.3 設計實現

1 同優先級時間片運行

1.1 設計目標

構建一個允許多任務具備相同優先級，且同優先級任務按時間片占用CPU運行的系統。

1.2 設計原理

當前設計：每個優先級只允許一個任務。

新的設計：

1.3 設計實現

配置優先級列表：

任務鏈接結點：

修改獲取最高優先級任務的方式：

時鐘節拍處理：增加時間片輪轉。

主要代碼實現如下：

/*************************************** Copyright (c)****************************************************** ** File name : main.c ** Latest modified Date : 2016-06-01 ** Latest Version : 0.1 ** Descriptions : 主文件，包含應用代碼 ** **-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ** Created by : 01課堂 lishutong ** Created date : 2016-06-01 ** Version : 1.0 ** Descriptions : The original version ** **-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ** Copyright : 版權所有，禁止用于商業用途 ** Author Blog : http://ilishutong.com **********************************************************************************************************/ #include "tinyOS.h" #include "ARMCM3.h"// 當前任務：記錄當前是哪個任務正在運行 tTask * currentTask;// 下一個將即運行的任務：在進行任務切換前，先設置好該值，然后任務切換過程中會從中讀取下一任務信息 tTask * nextTask;// 空閑任務 tTask * idleTask;// 任務優先級的標記位置結構 tBitmap taskPrioBitmap;// 所有任務的指針數組：簡單起見，只使用兩個任務 tList taskTable[TINYOS_PRO_COUNT];// 調度鎖計數器 uint8_t schedLockCount;// 延時隊列 tList tTaskDelayedList;/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskInit ** Descriptions : 初始化任務結構 ** parameters : task 要初始化的任務結構 ** parameters : entry 任務的入口函數 ** parameters : param 傳遞給任務的運行參數 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskInit (tTask * task, void (*entry)(void *), void *param, uint32_t prio, uint32_t * stack) {// 為了簡化代碼，tinyOS無論是在啟動時切換至第一個任務，還是在運行過程中在不同間任務切換// 所執行的操作都是先保存當前任務的運行環境參數（CPU寄存器值）的堆棧中(如果已經運行運行起來的話)，然后再// 取出從下一個任務的堆棧中取出之前的運行環境參數，然后恢復到CPU寄存器// 對于切換至之前從沒有運行過的任務，我們為它配置一個“虛假的”保存現場，然后使用該現場恢復。// 注意以下兩點：// 1、不需要用到的寄存器，直接填了寄存器號，方便在IDE調試時查看效果；// 2、順序不能變，要結合PendSV_Handler以及CPU對異常的處理流程來理解*(--stack) = (unsigned long)(1<<24); // XPSR, 設置了Thumb模式，恢復到Thumb狀態而非ARM狀態運行*(--stack) = (unsigned long)entry; // 程序的入口地址*(--stack) = (unsigned long)0x14; // R14(LR), 任務不會通過return xxx結束自己，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, 傳給任務的入口函數*(--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; // 初始化任務的時間片計數task->stack = stack; // 保存最終的值task->delayTicks = 0;task->prio = prio; // 設置任務的優先級task->state = TINYOS_TASK_STATE_RDY; // 設置任務為就緒狀態tNodeInit(&(task->delayNode)); // 初始化延時結點tNodeInit(&(task->linkNode)); // 初始化鏈接結點tListAddLast(&taskTable[prio], &(task->linkNode)); // 插入對應的優先級隊列中tBitmapSet(&taskPrioBitmap, prio); // 標記優先級位置中的相應位 }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskHighestReady ** Descriptions : 獲取當前最高優先級且可運行的任務 ** parameters : 無 ** Returned value : 優先級最高的且可運行的任務 ***********************************************************************************************************/ tTask * tTaskHighestReady (void) {uint32_t highestPrio = tBitmapGetFirstSet(&taskPrioBitmap);tNode * node = tListFirst(&taskTable[highestPrio]);return (tTask *)tNodeParent(node, tTask, linkNode); }/********************************************************************************************************** ** Function name : 初始化調度器 ** Descriptions : 無 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ 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 : 禁止任務調度 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedDisable (void) {uint32_t status = tTaskEnterCritical();if (schedLockCount < 255) {schedLockCount++;}tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSchedEnable ** Descriptions : 允許任務調度 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedEnable (void) {uint32_t status = tTaskEnterCritical();if (schedLockCount > 0) {if (--schedLockCount == 0) {tTaskSched(); }}tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSchedRdy ** Descriptions : 將任務設置為就緒狀態 ** input parameters : task 等待設置為就緒狀態的任務 ** output parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedRdy (tTask * task) {tListAddLast(&taskTable[task->prio], &(task->linkNode));tBitmapSet(&taskPrioBitmap, task->prio); }/************************************************************************************************************ Function name : tSchedulerUnRdyTask ** Descriptions : tTaskSchedUnRdy ** Descriptions : 將任務從就緒列表中移除 ** input parameters : task òaò?3yμ?è????é ** output parameters : None ** Returned value : None ***********************************************************************************************************/ void tTaskSchedUnRdy (tTask * task) {tListRemove(&taskTable[task->prio], &(task->linkNode));// 隊列中可能存在多個任務。只有當沒有任務時，才清除位圖標記if (tListCount(&taskTable[task->prio]) == 0){tBitmapClear(&taskPrioBitmap, task->prio);} }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSched ** Descriptions : 任務調度接口。tinyOS通過它來選擇下一個具體的任務，然后切換至該任務運行。 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskSched (void) { tTask * tempTask;// 進入臨界區，以保護在整個任務調度與切換期間，不會因為發生中斷導致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 如何調度器已經被上鎖，則不進行調度，直接退bmif (schedLockCount > 0) {tTaskExitCritical(status);return;}// 找到優先級最高的任務。這個任務的優先級可能比當前低低// 但是當前任務是因為延時才需要切換，所以必須切換過去，也就是說不能再通過判斷優先級來決定是否切換// 只要判斷不是當前任務，就立即切換過去tempTask = tTaskHighestReady();if (tempTask != currentTask) {nextTask = tempTask;tTaskSwitch(); }// 退出臨界區tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskDelayedInit ** Descriptions : 初始化任務延時機制 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskDelayedInit (void) {tListInit(&tTaskDelayedList); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTimeTaskWait ** Descriptions : 將任務加入延時隊列中 ** input parameters : task 需要延時的任務 ** ticks 延時的ticks ** output parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTimeTaskWait (tTask * task, uint32_t ticks) {task->delayTicks = ticks;tListAddLast(&tTaskDelayedList, &(task->delayNode)); task->state |= TINYOS_TASK_STATE_DELAYED; }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTimeTaskWakeUp ** Descriptions : 將延時的任務從延時隊列中喚醒 ** input parameters : task 需要喚醒的任務 ** output parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTimeTaskWakeUp (tTask * task) {tListRemove(&tTaskDelayedList, &(task->delayNode));task->state &= ~TINYOS_TASK_STATE_DELAYED; }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskSystemTickHandler ** Descriptions : 系統時鐘節拍處理。 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskSystemTickHandler (void) {tNode * node;// 進入臨界區，以保護在整個任務調度與切換期間，不會因為發生中斷導致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 檢查所有任務的delayTicks數，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) {// 將任務從延時隊列中移除tTimeTaskWakeUp(task);// 將任務恢復到就緒狀態tTaskSchedRdy(task); }}// 檢查下當前任務的時間片是否已經到了if (--currentTask->slice == 0){// 如果當前任務中還有其它任務的話，那么切換到下一個任務// 方法是將當前任務從隊列的頭部移除，插入到尾部// 這樣后面執行tTaskSched()時就會從頭部取出新的任務取出新的任務作為當前任務運行if (tListCount(&taskTable[currentTask->prio]) > 0){tListRemoveFirst(&taskTable[currentTask->prio]);tListAddLast(&taskTable[currentTask->prio], &(currentTask->linkNode));// 重置計數器currentTask->slice = TINYOS_SLICE_MAX;}}// 退出臨界區tTaskExitCritical(status); // 這個過程中可能有任務延時完畢(delayTicks = 0)，進行一次調度。tTaskSched(); }/********************************************************************************************************** ** Function name : tTaskDelay ** Descriptions : 使當前任務進入延時狀態。 ** parameters : delay 延時多少個ticks ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void tTaskDelay (uint32_t delay) {// 進入臨界區，以保護在整個任務調度與切換期間，不會因為發生中斷導致currentTask和nextTask可能更改uint32_t status = tTaskEnterCritical();// 設置延時值，插入延時隊列tTimeTaskWait(currentTask, delay);// 將任務從就緒表中移除tTaskSchedUnRdy(currentTask);// 然后進行任務切換，切換至另一個任務，或者空閑任務// delayTikcs會在時鐘中斷中自動減1.當減至0時，會切換回來繼續運行。tTaskSched();// 退出臨界區tTaskExitCritical(status); }/********************************************************************************************************* ** 系統時鐘節拍定時器System Tick配置 ** 在我們目前的環境（模擬器）中，系統時鐘節拍為12MHz ** 請務必按照本教程推薦配置，否則systemTick的值就會有變化，需要查看數據手冊才了解 **********************************************************************************************************/ 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。 ** parameters : 無 ** Returned value : 無 ***********************************************************************************************************/ void SysTick_Handler () {tTaskSystemTickHandler(); }/********************************************************************************************************** ** 應用示例 ** 有兩個任務，分別執行task1Entry和task2Entry ** 其中task1Entry的優先級更高，只要它不處于延時狀態，那么就運行它 ** task2Entry和task3Entry相同優先級，按時間片切換運行，且在task1Entry延時時才能運行 **********************************************************************************************************/ 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1和任務2的任務結構，以及用于堆棧空間 tTask tTask1; tTask tTask2; tTask tTask3; tTaskStack task1Env[1024]; tTaskStack task2Env[1024]; tTaskStack task3Env[1024];// 用于空閑任務的任務結構和堆棧空間 tTask tTaskIdle; tTaskStack idleTaskEnv[1024];void idleTaskEntry (void * param) {for (;;){// 空閑任務什么都不做} }int main () {// 優先初始化tinyOS的核心功能tTaskSchedInit();// 初始化延時隊列tTaskDelayedInit();// 初始化任務1和任務2結構，傳遞運行的起始地址，想要給任意參數，以及運行堆棧空間tTaskInit(&tTask1, task1Entry, (void *)0x11111111, 0, &task1Env[1024]);tTaskInit(&tTask2, task2Entry, (void *)0x22222222, 1, &task2Env[1024]);tTaskInit(&tTask3, task3Entry, (void *)0x33333333, 1, &task3Env[1024]);// 創建空閑任務tTaskInit(&tTaskIdle, idleTaskEntry, (void *)0, TINYOS_PRO_COUNT - 1, &idleTaskEnv[1024]);// 這里，不再指定先運行哪個任務，而是自動查找最高優先級的任務運行nextTask = tTaskHighestReady();// 切換到nextTask， 這個函數永遠不會返回tTaskRunFirst();return 0; }

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參考資料：

【李述銅】從0到1自己動手寫嵌入式操作系統

總結

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