梅科尔工作室——LiteOS内核开发

发布于 2022-8-2 16:12
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3.1任务管理

  1. 任务管理简介
    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。
  2. 任务相关概念
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  3. 任务的调度机制
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  4. 实现任务的管理
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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);

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。
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2.软件定时器运作机制
软件定时器使用了系统的一一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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扩展实验代码

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
}
}
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");
}

3.3信号量

1.信号量基本概念
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
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,井设定初值。
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。
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3.实现信号量功能
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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-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
读事件时,可以根据入参事件掩码类型uwEventMask读取事件的单个或者多个事件类型。事件读取成功后,如果设置LOS_ WAITMODE_ CLR会清除已读取到的事件类型,反之不会清除已读到的事件类型,需显式清除。可以通过入参选择读取模式,读取事件掩码类型中所有事件还是读取事件掩码类型中任意事件.写事件时,对指定事件写入指定的事件类型,可以一次同时写多个事件类型。写事件会触发任务调度。清除事件时,根据入参事件和待清除的事件类型,对事件对应位进行清0操作。
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3、实现事件功能
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3.5互斥锁

1.互斥锁基本概念
1、互斥锁又称互斥型信号量,是-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- -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。
LiteOS提供的互斥锁具有如下特点:通过优先级继承算法,解决优先级翻转问题。
2.互斥锁运作机制
多任务环境下会存在多个任务访问同- -公共资源的场景,而有些公共资源是非共享的,需要任务进行独占式处理。互斥锁怎样来避免这种冲突呢?
用互斥锁处理非共享资源的同步访问时,如果有任务访问该资源,则互斥锁为加锁状态。此时其他任务如果想访问这个公共资源则会被阻塞,直到互斥锁被持有该锁的任务释放后,其他任务才能重新访问该公共资源,此时互斥锁再次上锁,如此确保同一时刻只有一个任务正在访问这个公共资源,保证了公共资源操作的完整性。
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3.实现互斥锁功能
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代码演示:

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");
}
}
}

void LowPrioThread(void)
{
osStatus_t status;
while (1)
{
status = osMutexAcquire(mutex_id, osWaitForever);
printf("LowPrioThread is runing.\r\n");
if(status != osOK)
{
printf("acquire mutex failed\r\n");
}
else
{
printf("acquire mutex success\r\n");
}
// block mutex for 3s
osDelay(300U);
status = osMutexRelease(mutex_id);
if(status != osOK)
{
printf("release mutex failed\r\n");
}
else
{
printf("release mutex success\r\n");
}
}
}


3.6消息队列

1.消息队列基本概念
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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代码演示:

void Thread_MsgQueue2(void *argument)
{
(void)argument;
osStatus_t status;
uint32_t count;
while (1)
{
//Insert thread code here...
count = osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue);
printf("message queue get count: %d\r\n",count);
if(count == MSGQUEUE_OBJECTS)
{
osMessageQueueDelete(mid_MsgQueue);
}
//wait for message
status = osMessageQueueGet(mid_MsgQueue, &msg, NULL, 0U);
if (status == osOK)
{
printf("Message Queue Get msg idx:%d buf:%s\n", msg.Idx,msg.Buf);
}
osDelay(300);
}
}

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已于2022-8-3 16:04:56修改
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