第三章-内核开发

发布于 2022-8-1 10:02
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任务管理

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。

任务迁移

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-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。

实现任务管理
创建任务: osThreadNew(os ThreadFunc_ t func,void * argument,const oS ThreadAttr. t * attr)
删除某个任务: osThreadTerminate(os’ Threadld t thread id);
任务挂起: osThreadSuspend(osThreadld t thread id)
任务恢复: osThreadResume (osThreadld t thread_ id)

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。

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。

创建定时器: os TimerNew (osTimerFunc t func, os TimerType t type, void *argument, const os TimerAttr_ t *attr);
启动定时器: os TimerStart (osTimerld_ t timer_ id, uint32_ t ticks);
停止定时器: os TimerStop (osTimerld t timer_ id);
删除定时器: osTimerDelete (os’ Timerld t timer_ id);

信号量
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。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。

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。

创建互斥锁: osSemaphoreNew (uint32_ t max_ count, uint32 t initial count, const osSemaphoreAttr t *attr);
获取互斥锁: osSemaphoreAcquire (osSemaphoreld t semaphore_ id, uint32_ t timeout);
释放互斥锁: osSemaphoreRelease (osSemaphoreld t semaphore id);
删除互斥锁: osMutexDelete (osMutexld t mutex id);

事件管理
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。

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。

时间运作机制

创建事件标记对象: osEventFlagsNew (const osEventFlagsAttr_ t *attr);
设置事件标记: osEventFlagsSet (osEventFlagsld. t ef id, uint32 t flags);
等待事件标记触发: osEventFlagsWait (osEventFlagsld. t ef. id, uint32 t flags, uint32_ t options, uint32_ t timeout);
删除事件标记对象: osEventFlagsDelete (osEventFlagsld _tef id);

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。

简单来说:互斥锁是一种特殊机制,当多种任务都要处理共享资源时,拥有互斥锁的任务,无论优先级,将对共享资源上锁,使其自身能够单独享有资源。

创建互斥锁: osMutexNew (const osMutexAttr_ t *attr);
获取互斥锁: osMutexAcquire (osMutexld_ t mutex id, uint32_ t timeout);
释放互斥锁: osMutexRelease (osMutexld_ t mutex_ id);
删除互斥锁: osMutexDelete (osMutexld_ t mutex_ id);

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。

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