梅科尔工作室-openharmony第三天-内核开发

发布于 2022-7-29 11:55
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3.1任务管理

任务管理简介

    基本概念
    1、从系统的角度看,任务是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源,并独立于其它任务运行。
    2、LiteOS的任务模块可以给用户提供多个任务,实现了任务之间的切换和通信,帮助用户管理业务程序流程。这样用户可以将更多的精力投入到业务功能的实现中。
    3、LiteOS中的任务是抢占式调度机制,高优先级的任务可打断低优先级任务,低优先级任务必须在高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度,同时支持时间片轮转调度方式。
    4、LiteOS的任务默认有32个优先级(0-31),最高优先级为0,最低优先级为31。

任务相关概念

    任务状态
    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。

任务的调度机制

    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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实现任务的管理

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实现任务的创建

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实验结果与扩展实验

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3.2软件定时器

1.软件定时器基本概念

    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。软件定时器功能上支持:
    ●静态裁剪:能通过宏关闭软件定时器功能。
    ●软件定时器创建。
    ●软件定时器启动。软件定时器停止。软件定时器删除。
    ●软件定时器剩余Tick数获取。

2.软件定时器运作机制

    软件定时器使用了系统的一个队列和一个任务资源,软件定时器的触发遵循队列规则,先进先出。定时时间短的定时器总是比定时时间长的靠近队列头,满足优先被触发的准则。
    软件定时器以Tick为基本计时单位,当用户创建并启动一个软件定时器时,Huawei LiteOS会根据当前系统Tick时间及用户设置的定时间隔确定该定时器的到期Tick时间,并将该定时器控制结构挂入计时全局链表。
    当Tick中断到来时,在Tick中断处理函数中扫描软件定时器的计时全局链表,看是否有定时器超时,若有则将超时的定时器记录下来。
    Tick中断处理函数结束后,软件定时器任务(优先级为最高)被唤醒,在该任务中调用之前记录下来的定时器的超时回调函数。

3.实现软件定时器创建

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4.软件定时器扩展实验

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3.3信号量

1.信号量基本概念

    信号量的概念
    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。

2.信号量运作机制

    运作原理
    1、信号量初始化,为配置的N个信号量申请内存(N值可以由用户自行配置,受内存限制),并把所有的信号量初始化成未使用,并加入到未使用链表中供系统使用。
    2、信号量创建,从未使用的信号量链表中获取一个信号量资源,并设定初值。
    3、信号量申请,若其计数器值大于O,则直接减1返回成功。否则任务阻塞,等待其它任务释放该信号量,等待的超时时间可设定。当任务被一个信号量阻塞时,将该任务挂到信号量等待任务队列的队尾。
    4、信号量释放,若没有任务等待该信号量,则直接将计数器加1返回。否则唤醒该信号量等待任务队列上的第一个任务。5、信号量删除,将正在使用的信号量置为未使用信号量,并挂回到未使用链表。

3.实现信号量功能

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4.信号量扩展实验

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3.4事件管理

1.事件基本概念

    事件是一种实现任务间通信的机制,可用于实现任务间的同步,但事件通信只能是事件类型的通信,无数据传输。一个任务可以等待多个事件的发生:可以是任意一个事件发生时唤醒任务进行事件处理也可以是几个事件都发生后才唤醒任务进行事件处理。事件集合用32位无符号整型变量来表示,每一位代表一个事件。
    多任务环境下,任务之间往往需要同步操作。事件可以提供一对多、多对多的同步操作。一对多同步模型:一个任务等待多个事件的触发;多对多同步模型:多个任务等待多个事件的触发。
    任务可以通过创建事件控制块来实现对事件的触发和等待操作。LiteOS的事件仅用于任务间的同步,

2.事件运作机制

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3.实现事件功能

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4.事件扩展实验

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3.5互斥锁

1.互斥锁基本概念

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2.互斥锁运作机制

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3.实现互斥锁功能

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4.互斥锁扩展实验

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3.6消息队列

1.消息队列基本概念

    消息队列的概念:
    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。

2.消息队列运作机制

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3.实现消息队列功能

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4.消息队列扩展实验

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