编写自己的操作系统,绝对是嵌入式程序员的梦想之一.下面介绍操作系统核心的任务调度的一些知识.
工具/原料
keil5及stm32开发环境5版本的keil比4好用很多,建议使用keil5
stm32单片机开发板
任务种类及任务组织形式
1、先了解任务的状态(也可以认为任务的种类):runn坡纠课柩ing:运行状态,任务获取到cpu资源,正在运行.系统中某一时刻只惮我鸷截能有一个任务在运行.ready:任务准备就绪,可以同时又多个ready任务.ready中拥有最高优先级的任务,下一个运行的任务就是它.delay:任务主动延迟,放弃cpu的资源.pend:阻塞状态,由于任务运行中,缺少必要条件,导致任务不能运行,需要等待某个条件,进入pend状态.suspend:挂起状态,不参与任务调度,比如某个任务只需要开机执行一次,之后再也用不到.则可以在执行完成后让它进入到suspend状态.
2、下面谈一下ready状态巳呀屋饔,在任务调度里面,最重要的就是从众多的准备好的任务中,挑选一个紧急的任务去执行.众多任务:出在就绪(ready)状态的很多任务.紧急任务:优先级最高的任务.这需要菀蒯踔观我们在程序中逐个查询那个ready任务是最高的优先级,为了便于查询,在程序中设立了一个ready表.(如下图)ready表中,是按照优先级区分的,比如下面有8个优先级:优先级0,优先级1,优先级2,,,,,,每个优先级下面又会挂载0个或多个任务.所以在程序中把每个优先级设置成一个链表,便于管理.比如处在优先级0下面的任务,会统一存入一个链表中.比如处在优先级1下面的任务,会统一存入一个链表中.......
3、关于链表结构,不再补充,至于原因引用一个名人的话:这里地方太小,写不下.比如:没有优先级为0的任务,那么优先级为0的任务所对应的链表就是空的,这时,链表的头指针和尾指针都是空的.
4、比如:优先级为5的任务有一个,优先级为7的任务有两个,那么他们对应各自的链表分别有一个节点和两个节点.这里的链表采用的是双向链表.之所以采用双向链表是因为可以方便的从头到尾遍历,可以在知道某个节点后,找到它上一个或下一个节点.
5、有了对应的链表,就需要有操作链表的函数,比如:在链表中插入一个节点,在链表中删除一个节点,查看链表是否为空.......每个功能都对应一个函数,这里是常规操作,就不写了.
6、因为有8个优先级,通过上面就可以建立8个链表,但是这样链表是独立的没有联系,为了把他们联系起来,建立了一个数组,astrChain[8],把每个链表的根节点存入到这个数组中.即8个链表的根节点,对应填入astrChain[0]~astrChain[7].
7、通过上面,ready表的组织形式大体确认.然后就是如何从这么多链表中找到最紧要的任务,即找到优先级最高的任务.可以依次查询数组astrChain[8]里面哪个不为空.为了方便查询,设立了一个标志位.这样不仅方便,而且快捷.下面图中的第二行就是标志位,这个标志位是一个变量,每个位为一个bit.
在ready任务中查找最高优先级的算法
1、查找最紧急的ready任务.上面我们说到设立了一个标志位,这个变量是U8类型的ucPrioFlag.它有8个位,每一位代表了链表是否为空.下面列举这个变量的几种情况,以及所对应的优先级:
2、列出所有的情况,共2的8次方,即256种.
3、我们把256种情况,及所对应的优先级写到一个数组中,对应关系是,标志的值作为下标,优先级作为数组的内容.通过搜索这个数组,就可以知道每种情况下ready所对应的最高优先级是哪个.方便快捷.在程序中的表现形式是:typedefstructm_taskschedtab//任务调度表{M_CHAINastrChain[PRIORITYNUM];//各优先级根节点M_PRIOFLAGstrFlag;//优先级标志}M_TASKSCHEDTAB;上面程序只是一个大概讲解,以后会有整体程序清单.
4、大家可能会问,这里是8个优先级,如果是16个优先尽谮惋脑级,32个优先级或者更大256个的优先级会怎样呢?大了不说,当优先级是16的时候,就有2的16种耘资诡拨组合即65536,要存储65536这样大的数组,显然是巨大的.而且随着优先级数量的增加,这个存储空间是呈现指数形式增长的.为解决这个问题,将ready表的标志进行分级.以256个优先级为例.256可以分解为4*8*8.所以如下图,第三级4个位第二级8个位第一级8个位同样,每一个优先级,与每个位之间也存在对应关系.以优先级为143为例,转化对应的位:143除以8再除以8=2(舍弃小数),所以对应于第三极的bit2,把它置为1;143除以8=17,对应第二级的bit17,17除以8=2,对应第二级的Bite2,17-8*2=1,对应Bite2的bit1,将第二级Byte2中的bit1置为1.143除以8=17,对应第一级的Byte17,143-8*17=7,对应Byte17的bit7,将第一级Byte17中的bit7置为1.查询ready表中的最高优先级办法,分成4步,第一步是在第三级4bits里查询出第二优先级中拥有最高优先级的Byte,第二步在第二级的这个Byte里查询出第一级中拥有最高优先级的Byte,第三步,从第一级的这个Byte里查询出拥有最高优先级的bit,最后一步,通过上面3步,找到第一级,第二级,第三级中所在的位置,计算出最高优先级.查找到最高优先级后,就可以找到最高优先级链表的根节点,通过根节点遍历链表,可以找到最高优先级的任务节点.任务的节点是和TCB相互关联的,因此就可以找到对应的任务.
任务切换
1、任务之间的切换是用汇编语腱葱炙尕言写成的.每个任务都有一个寄存器组.里面装有这个任务的一些运行参数.只要把缨祢继泐任务的寄存器组恢复到cpu的寄存器中,就可以运行该任务了.如果要停止运行该任务,需要把cpu的寄存器备份到任务的寄存器组中.一般的任务调度是通过定时器中断实现的,也就是定时器每进入中断,就会检测一下有没有需要切换的任务.如果是用arm处理器,就需要学习arm寄存器相关的汇编语言.如下面的例子:MDS_TickContextSwitch:@保存接口寄存器STDMBR13!,{R0-R3,R12,R14}@调用C语言TICK中断处理函数LDRR0,=MDS_TicklsrMOVR14,PCBXR0@保存当前任务的堆栈信息LDRR0,=gpstrCurTaskSpAddrLDRR14,[R0]MRSR0,SPSRSTMIAR14!,{R0}LDMIAR13!{R0-R3,R12}STMIAR14,{R0-R14}^ADDR14,R14,#0X3CLDMIAR13!,{R0}STMIAR14,{R0}@任务调度完毕,恢复将要运行任务现场LDRR0,=gpstrNextTaskSpAddrLDRR14,[R0]LDMIAR14,{R0}MSRSPSR,R0LDMIBR14,{R0-R14}^NOPADDR14,R14,#0X40LDMIAR14,{R14}SUBSPC,R14,#4
