小熊派学习(四)-内核开发

发布于 2022-7-23 21:40
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梅科尔工作室-欢

1.任务管理

任务相关概念:

任务状态通常分为以下四种:
就绪(Ready):该任务在就绪列表中,只等待CPU。
运行(Running):该任务正在执行。
阻塞(Blocked):该任务不在就绪列表中。包含任务被挂起、任务被延时、任务正在等待信号量、读写队列或者等待读
写事件等。
退出态(Dead):该任务运行结束,等待系统回收资源。
任务ID:在任务创建时通过参数返回给用户,作为任务的一个非常重要的标识。
任务优先级:优先级表示任务执行的优先顺序。
任务入口函数:每个新任务得到调度后将执行的函数。
任务控制块TCB:每一个任务都含有一个任务控制块(TCB)。TCB包含了任务上下文栈指针(stack pointer)、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB可以反映出每个任务运行情况。
任务栈:每一个任务都拥有一个独立的栈空间,我们称为任务栈。
任务上下文:任务在运行过程中使用到的一些资源,如寄存器等,我们称为任务上下文。LiteOS在任务挂起的时候会将本任务的任务上下文信息,保存在自己的任务栈里面,以便任务恢复后,从栈空间中恢复挂起时的上下文信息,从而继续执行被挂起时被打断的代码。
任务切换:任务切换包含获取就绪列表中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。
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/*****任务一*****/
void threadHi(void)
{
printf("enter threadHi\r\n");
osDelay(1);
printf("threadHi delay done\r\n");
osThreadSuspend(threadHiID);
printf("threadHi osThreadResume success\r\n");
osThreadTerminate(threadHiID);
}
/*****任务二*****/
void threadLo(void)
{
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("enter threadLo\r\n");
}
printf("threadHi osThreadSuspend success\r\n");
osThreadResume(threadHiID);
osThreadTerminate(threadLoID);
}
osThreadId_t threadHiID ;
osThreadId_t threadLoID ;
/*****任务创建*****/
static void Thread_example(void)
{
osThreadAttr_t attr;
attr.name = "threadHi";
attr.attr_bits = 0U;
attr.cb_mem = NULL;
attr.cb_size = 0U;
attr.stack_mem = NULL;
attr.stack_size = 1024 * 4;
attr.priority = 25;
threadHiID = osThreadNew((osThreadFunc_t)threadHi, NULL, 
&attr);
if ( threadHiID == NULL)
{
printf("Falied to create threadHi!\n");
}
attr.name = "threadLo";
attr.priority = 24;
threadLoID = osThreadNew((osThreadFunc_t)threadLo, NULL, 
&attr); 
if (threadLoID == NULL)
{
printf("Falied to create threadLo!\n");
}
}
SYS_RUN(Thread_example);

2.软件定时器

软件定时器,是基于系统Tick时钟中断且由软件来模拟的定时器,当经过设定的Tick时钟计数值后会触发用户定义的回调函数。定时精度与系统Tick时钟的周期有关
硬件定时器受硬件的限制,数量上不足以满足用户的实际需求,因此为了满足用户需求,提供更
多的定时器,LiteOS操作系统提供软件定时器功能。
软件定时器扩展了定时器的数量,允许创建更多的定时业务。
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exec1 = 1U;
id1 = osTimerNew(Timer1_Callback, osTimerOnce, &exec1, NULL);
if (id1 != NULL)
{
// Hi3861 1U=10ms,100U=1S
timerDelay = 100U;
status = osTimerStart(id1, timerDelay);
if (status != osOK)
{
// Timer could not be started
}
}

osDelay(50U);
status = osTimerStop(id1);
if(status != osOK)
{
printf("stop Timer1 failed\r\n");
}
else
{
printf("stop Timer1 success\r\n");
}
status = osTimerStart(id1, timerDelay);
if (status != osOK)
{
printf("start Timer1 failed\r\n");
} 
osDelay(200U);
status = osTimerDelete(id1);
if(status != osOK)
{
printf("delete Timer1 failed\r\n");
}
else
{
printf("delete Timer1 success\r\n");
}

3.信号量

1、信号量(Semaphore)是一种实现任务间通信的机制,实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。常用于协助一组相
互竞争的任务来访问临界资源。
2、在多任务系统中,各任务之间需要
同步或互斥实现临界资源的保护
,信号量功能可以为用户提供这方面的支持。
3、通常一个信号量的计数值用于对应有效的资源数,表示剩下的可被占用的互斥资源数。其值的含义分两种情况:
1)0,表示没有积累下来的Post信号量操作,且有可能有在此信号量上阻塞的任务。
2)正值,表示有一个或多个Post信号量操作。
4、以同步为目的的信号量和以互斥为目的的信号量在使用有如下不同:
1)用作互斥时,信号量创建后记数是满的,在需要使用临界资源时,先取信号量,使其变空,这样其他任务需要使用
临界资源时就会因为无法取到信号量而阻塞,从而保证了临界资源的安全。
2)用作同步时,信号量在创建后被置为空,任务1取信号量而阻塞,任务2在某种条件发生后,释放信号量,于是任务1得以进入READY或RUNNING态,从而达到了两个任务间的同步。
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void Thread_Semaphore1(void)
{
osStatus_t status;
while (1)
{
//释放两次sem1信号量,使得Thread_Semaphore2和Thread_Semaphore3能同步执行
status = osSemaphoreRelease(sem1);
if(status != osOK)
{
printf("Thread_Semaphore1 Release Semap failed\n");
}
else
{
printf("Thread_Semaphore1 Release Semap success\n");
}
// //此处若只释放一次信号量,则Thread_Semaphore2和Thread_Semaphore3会交替运行
。
// osSemaphoreRelease(sem1);
osDelay(100);
}
}

void Thread_Semaphore2(void)
{
osStatus_t status;
while (1)
{
//申请sem1信号量
status= osSemaphoreAcquire(sem1, 50U);
if(status != osOK)
{
printf("Thread_Semaphore2 get Semap failed\n");
}
else
{
printf("Thread_Semaphore2 get Semap success\n");
}
}
}

void Thread_Semaphore3(void)
{
osStatus_t status;
while (1)
{
//申请sem1信号量
status = osSemaphoreAcquire(sem1, osWaitForever);
if(status != osOK)
{
printf("Thread_Semaphore3 get Semap failed\n");
}
else
{
printf("Thread_Semaphore3 get Semap success\n");
}
osDelay(1);
}
}

4.事件管理

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/***** 发送事件 *****/
void Thread_EventSender(void *argument)
{
(void)argument;
while (1)
{
osEventFlagsSet(evt_id, FLAGS_MSK1);
osEventFlagsSet(evt_id, FLAGS_MSK2);
osEventFlagsSet(evt_id, FLAGS_MSK3);
//suspend thread
osThreadYield();
osDelay(100);
}
}
/***** 接收事件 *****/
void Thread_EventReceiver(void *argument)
{
(void)argument;
uint32_t flags;
while (1)
{
flags = osEventFlagsWait(evt_id, FLAGS_MSK1|FLAGS_MSK2|FLAGS_MSK3, osFlagsWaitAll, osWaitForever);
printf("Receive Flags is %d\n", flags);
}
}

5.互斥锁

互斥锁的概念:

1、互斥锁又称互斥型信号量,是一种特殊的二值性信号量,用于实现对共享资源的独占式处理。
2、任意时刻互斥锁的状态只有两种:开锁或闭锁
3、当有任务持有时,互斥锁处于闭锁状态,这个任务获得该互斥锁的所有权。
4、当该任务释放时,该互斥锁被开锁,任务失去该互斥锁的所有权。
5、当一个任务持有互斥锁时,其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。
6、多任务环境下往往存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景,互斥锁可被用于对共享资源的保护从而实现独占式访问。
另外,互斥锁可以解决信号量存在的优先级翻转问题。
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void HighPrioThread(void)
{
// wait 1s until start actual work
osDelay(100U);
osStatus_t status;
while (1)
{
// try to acquire mutex
status = osMutexAcquire(mutex_id, osWaitForever);
if(status != osOK)
{
printf("acquire mutex failed\r\n");
}
else
{
printf("acquire mutex success\r\n");
}
printf("HighPrioThread is runing.\r\n");
osDelay(300U);
status = osMutexRelease(mutex_id);
if(status != osOK)
{
printf("release mutex failed\r\n");
}
else
{
printf("release mutex success\r\n");
}
}
}

6.消息队列

消息队列,是一种常用于任务间通信的数据结构,实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息,并根据不同的接口选择传递消息是否存放在自己空间。任务能够从队列里面读取消息,当队列中的消息是空时,挂起读取任务;当队列中有新消息时,挂起的读取任务被唤醒并处理新消息。用户在处理业务时,消息队列提供了异步处理机制,允许将一个消息放入队列,但并不立即处理它,同时队列还能起到缓冲消息作用。
LiteOS中使用队列数据结构实现任务异步通信工作,具有如下特性:
⚫ 消息以先进先出方式排队,支持异步读写工作方式。
⚫ 读队列和写队列都支持超时机制。
⚫ 发送消息类型由通信双方约定,可以允许不同长度(不超过队列节点最大值)消息。
⚫ 一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息。
⚫ 多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息。
⚫ 当队列使用结束后,如果是动态申请的内存,需要通过释放内存函数回收。
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void Thread_MsgQueue1(void *argument)
{
(void)argument;
uint8_t num = 0;
//do some work...
msg.Buf = "Hello BearPi-HM_Nano!";
while (1)
{
msg.Idx = num;
osMessageQueuePut(mid_MsgQueue, &msg, 0U, 0U);
num++;
//suspend thread
osThreadYield();
osDelay(100);
}
}

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已于2022-7-23 21:46:36修改
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