小熊派第四次-内核开发

发布于 2022-7-30 16:12
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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

任务的调度机制

任务状态迁移说明:

就绪态→运行态:任务创建后进入就绪态,发生任务切换时,就绪列表中最高优先级的任务被执行,从而进入运行态,但
此刻该任务依旧在就绪列表中。
运行态→阻塞态:任务运行因挂起、读信号量等待等,在就绪列表中被删除进入阻塞。
阻塞态→就绪态(阻塞态→运行态):阻塞的任务被恢复后(任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等),
此时被恢复的任务会被加入就绪列表,从而由阻塞态变成就绪态;此时如果被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先
级,则会发生任务切换,将该任务由就绪态变成运行态。
就绪态→阻塞态:任务也有可能在就绪态时被阻塞(挂起)。
运行态→就绪态:有更高优先级任务创建或者恢复后,发生任务切换而进入就绪列表。
运行态→退出态:任务运行结束,内核自动将此任务删除,此时由运行态变为退出态。
阻塞态→退出态:阻塞的任务调用删除接口,任务状态由阻塞态变为退出态。

实现任务的管理

小熊派第四次-内核开发-开源基础软件社区
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实验结果与扩展使用

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定时器管理

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

软件定时器的基本运作机制

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

实现软件定时器创建

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软件定时器扩展使用

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信号量

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

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0,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
6、信号量允许多个任务在同一时刻访问同一资源,
但会限制同一时刻访问此资源的最大任务数目。访
问同一资源的任务数达到该资源的最大数量时,会
阻塞其他试图获取该资源的任务,直到有任务释放
该信号量。
信号量运作示意图:
公共资源有四个任务数,信号量都分别被线程
1、2、3、4获取后,此时此资源就会锁定而不让线
程5进入,线程5及后面的线程都进入阻塞模式,当
线程1工作完成而释放出信号量,线程5立即获得信
号而得到执行。如此往复

实现信号量功能

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信号量扩展实验

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