UCOSIII实时操作系统------任务管理

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前言

UCOSIII实时操作系统------任务管理

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、任务的基本概念

在UCOSIII中任务就是程序实体，UCOSIII能够管理和调度这些小任务(程序)。
UCOSIII中的任务由三部分组成：任务堆栈、任务控制块和任务函数。
任务堆栈：上下文切换的时候用来保存任务的工作环境，就是STM32的内部寄存器值(r0~r15、xpsr)。
任务控制块：任务控制块用来记录任务的各个属性。
任务函数：由用户编写的任务处理代码，是实实在在干活的。
UCOSIII中的任务函数模板：

void xxx_task(void *p_arg)
{
	while(1)
	{
		//任务处理过程
		........
	}
}

可以看出任务函数通常是一个无限循环，当然了，也可以是一个只执行一次的任务。任务的参数是一个void类型的，这么做的目的是可以传递不同类型的数据甚至是函数。
可以看出任务函数其实就是一个C语言的函数，但是在使用UCOIII的情况下这个函数不能由用户自行调用，任务函数何时执行，何时停止完全由操作系统来控制。

二、操作系统的初始化与启动

1.操作系统初始化，初始化各种内核对象和全局变量…

它是第一个执行的函数。

void  OSInit (OS_ERR  *p_err)

参数：
p_err，返回错误码

返回值：无

......
OS_SemInit(p_err);
OS_TaskInit(p_err);  
OS_IntQTaskInit(p_err);                                 
OS_IdleTaskInit(p_err);
OS_TickTaskInit(p_err);  
......  

2.启动操作系统，创建任务后调用

代码如下（示例）：

void  OSStart (OS_ERR  *p_err)

参数：
p_err，返回错误码

三、任务的管理

1、任务状态

从用户的角度看，UCOSIII的任务一共有5种状态：
休眠态：任务已经在内部FLASH中了，但是还不受UCOSIII管理。
就绪态：系统为任务分配了任务控制块，并且任务已经在就绪表中登记，这时该任务就具有了运行的条件，此时任务的状态就是就绪态。
运行态：任务获得CPU的使用权，正在运行。
等待态：正在运行的任务需要等待一段时间，或者等待某个事件，这个任务就进入了等待态，此时系统就会把CPU使用权转交给别的任务。
中断服务态：当发送中断，当前正在运行的任务会被挂起，CPU转而去执行中断服务函数，此时任务的任务状态叫做中断服务态。

注：
若当前的任务使用了调度器上锁时，一旦中断发生并中断服务程序结束后，总是会返回被打断的任务中去

2、创建任务

代码如下：

void  OSTaskCreate (OS_TCB        *p_tcb,
                    CPU_CHAR      *p_name,
                    OS_TASK_PTR    p_task,
                    void          *p_arg,
                    OS_PRIO        prio,
                    CPU_STK       *p_stk_base,
                    CPU_STK_SIZE   stk_limit,
                    CPU_STK_SIZE   stk_size,
                    OS_MSG_QTY     q_size,
                    OS_TICK        time_quanta,
                    void          *p_ext,
                    OS_OPT         opt,
                    OS_ERR        *p_err)

参数：
p_tcb，类似于线程id，控制任务
p_name，任务的名字，自定义
p_task，类似于线程函数，任务函数
p_arg，类似于线程参数传递，任务参数传递
prio，任务的优先级
p_stk_base，任务栈的基址，提供一个数组基址
stk_limit，腾出10%的栈空间给到堆栈检测函数使用，反过来说，当前任务只能使用90%栈空间
stk_size，任务栈的大小，以字（32bit）为单位
q_size，任务内消息队列的大小，若不使用，写0
time_quanta，与其它任务处在同一个优先级，内核允许一个任务运行一定的时间（又叫时间片），然后轮到下一
个任务，即所谓的互相“礼让”执行。默认为0，时间片由内核决定。
p_ext，提供额外存储空间用于存储浮点运算单元寄存器，若不提供，写NULL
opt，在创建任务的时候，提供额外操作，如果不使用，写OS_OPT_TASK_NONE
p_err，返回错误码，没有错误的就返回OS_ERR_NONE

返回值：无

#栈大小
创建任务特别检查传递的数组的大小是否空间充足，因为它是作为任务的栈空间使用，若空间不足，会导致程序不能执行，直接跑到HardFault_Handler这个函数。
原因如下：
1）任务里申请大空间的局部变量，例如数组、结构体…，将会占用大量的栈空间
2）任务里包含很多复杂的函数，将会占用大量的栈空间

解决方法：
1）该局部变量变为全局变量
2）该局部变量变为静态的局部变量
3）创建当前任务的时候，决定更大的栈空间

#UCOSIII优先级
优先级 0：中断服务管理任务 OS_IntQTask()
优先级 1：时钟节拍任务 OS_TickTask() 滴答定时器任务
优先级 2：定时任务 OS_TmrTask()
优先级 3：开始任务 OS_start_task()
优先级OS_CFG_PRIO_MAX-2 ： 统计任务 OS_StatTask()
优先级OS_CFG_PRIO_MAX-1 ： 空闲任务 OS_IdleTask()

其他自己设定的任务可以根据重要性从4开始设定。

#轮转调度算法
时间片轮转调度是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法。每个任务被分配一时间段，称作它的时间片，即该任务允许运行的时间。时间片轮转调度算法是面向于多个同级的任务。轮转调度算法在实际使用中，时间片长度该设为多少需要好好调试，因为有时候时间片太短，任务还没来得及做事情，就被调度了；时间片太长，又会造成让其它任务等太久，所以实际编程中需要好好调试。

1）使用时间片轮转调度，需要将系统中的宏定义：“OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN”设为真，这样才能启用时间片轮转调度，具体位置在os_cfg.h。

2）在执行OSInit函数后添加如下代码：

#if OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN     
    //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为：1*5=5ms
    OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);
#endif

OSSchedRoundRobinCfg 函数分析

void  OSSchedRoundRobinCfg (CPU_BOOLEAN   en,
                            OS_TICK       dflt_time_quanta,
                            OS_ERR       *p_err)

参数说明：
en，使能，填写为"DEF_ENABLED"才能使能时间片轮转调度；
dflt_time_quanta，时间片长度，就是每个任务每次获得CPU使用权后执行的时间。若参数为0，时间片长度=OS_CFG_TICK_RATE_HZ/10。
p_err，错误码。
3）当一个任务想要放弃本次时间片的时候，就可以调用该函数，函数原型如下：

void  OSSchedRoundRobinYield (OS_ERR  *p_err)

4）任务创建示例

//创建任务1
OSTaskCreate((OS_TCB *)&Task1_TCB,		        //任务控制块
			(CPU_CHAR *)"Task1",		//任务的名字
			(OS_TASK_PTR)task1,		//任务函数
			(void *)0,			//传递参数
			(OS_PRIO)6,			//任务的优先级		
			(CPU_STK *)task1_stk,		//任务堆栈基地址
			(CPU_STK_SIZE)128/10,		//任务堆栈深度限位
			(CPU_STK_SIZE)128,		//任务堆栈大小			
			(OS_MSG_QTY)0,			//禁止任务消息队列
			(OS_TICK)10,			//默认时间片长度为10*1ms=100ms																
			(void  *)0,			//不需要补充用户存储区
			(OS_OPT)OS_OPT_TASK_NONE,	//没有任何选项
			&err				//返回的错误码
			);

3、任务挂起

暂停任务的执行

void   OSTaskSuspend (OS_TCB  *p_tcb,
                      OS_ERR  *p_err)

参数：
p_tcb，类似于线程id，控制任务
p_err，返回错误码，没有错误的就返回OS_ERR_NONE

返回值：无

项目用途：
1）如果当前任务不是经常要执行的，可以挂起。类似于手机APP的管理机制，如果app进入后台就冻结其执行，也就是挂起app，有利于提高系统响应，降低资源占用。
2）保护共享资源，可以挂起。

4、任务恢复执行

void  OSTaskResume (OS_TCB  *p_tcb,
                    OS_ERR  *p_err)

参数：
p_tcb，类似于线程id，控制任务
p_err，返回错误码，没有错误的就返回OS_ERR_NONE

返回值：无

5、任务的删除

void  OSTaskDel (OS_TCB  *p_tcb,
                 OS_ERR  *p_err)

参数：
p_tcb，类似于线程id，控制任务；若是删除自己的话，就填写NULL。

p_err，返回错误码，没有错误的就返回OS_ERR_NONE

返回值：无

项目用途：
专门用于初始化硬件，一般来说，硬件只做一次初始化，完毕后可将该任务删除，该任务的删除是不会释放资源，只是通过任务列表去掉而已。

四、内核调度点

释放信号量或者发送消息，也可通过配置相应的参数不发生任务调度。
使用延时函数OSTimeDly()或者OSTimeDlyHMSM()。
任务等待的事情还没发生(等待信号量，消息队列等)。
任务取消等待。
创建任务。
删除任务。
删除一个内核对象。
任务改变自身的优先级或者其他任务的优先级。
任务通过调用OSTaskSuspend()将自身挂起。
任务解挂某个挂起的任务。

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了UCOSIII实时操作系统------任务管理，而UCOSIII实时操作系统还有更多的功能等着我们去挖掘，其他内容请移步博主其他文章或关注博主等待后续发布。