1. LiteOS內(nèi)核的任務(wù)管理

Huawei LiteOS 內(nèi)核提供任務(wù)的創(chuàng)建、刪除、延遲、掛起、恢復(fù)等功能，以及鎖定和解鎖任務(wù)調(diào)度，支持任務(wù)按優(yōu)先級(jí)高低的搶占調(diào)度及同優(yōu)先級(jí)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。

1.1. 任務(wù)

在 LiteOS 中，一個(gè)任務(wù)就是一個(gè)線程，多個(gè)任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行搶占式調(diào)度，達(dá)到多個(gè)任務(wù)“同時(shí)”運(yùn)行的目的。

1.2. 任務(wù)的狀態(tài)

Huawei LiteOS 系統(tǒng)中的每個(gè)任務(wù)都有多種運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)初始化完成并啟動(dòng)調(diào)度器后，系統(tǒng)中所有創(chuàng)建的任務(wù)就由內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度，在不同運(yùn)行狀態(tài)之間切換，同時(shí)在系統(tǒng)中競(jìng)爭(zhēng)一定的資源。

任務(wù)的狀態(tài)有以下四種：

就緒（Ready）：該任務(wù)在就緒列表中，只等待 CPU；

運(yùn)行（Running）：該任務(wù)正在執(zhí)行；

阻塞（Blocked）：該任務(wù)不在就緒列表中。包含任務(wù)被掛起、任務(wù)被延時(shí)、任務(wù)正在等待信號(hào)量、讀寫隊(duì)列或者等待讀寫事件等；

退出態(tài)（Dead）：該任務(wù)運(yùn)行結(jié)束，等待系統(tǒng)回收資源。

1.3. 任務(wù)ID

任務(wù) ID?在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)通過參數(shù)返回給用戶，作為任務(wù)的一個(gè)非常重要的標(biāo)識(shí)。

用戶可以通過任務(wù)ID對(duì)指定任務(wù)進(jìn)行任務(wù)掛起、任務(wù)恢復(fù)、查詢?nèi)蝿?wù)名等操作。

1.4. 任務(wù)優(yōu)先級(jí)

優(yōu)先級(jí)表示任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)先順序。任務(wù)的優(yōu)先級(jí)決定了在發(fā)生任務(wù)切換時(shí)即將要執(zhí)行的任務(wù)，在就緒列表中的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)將得到執(zhí)行。

Huawei LiteOS 的任務(wù)一共有 32 個(gè)優(yōu)先級(jí) (0-31)，最高優(yōu)先級(jí)為 0，最低優(yōu)先級(jí)為 31。

因?yàn)槭荓iteOS的內(nèi)核是搶占式調(diào)度內(nèi)核，所以：

高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可打斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)必須在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)阻塞或結(jié)束后才能得到調(diào)度。

1.5. 任務(wù)入口函數(shù)

任務(wù)入口函數(shù)是每個(gè)新任務(wù)得到調(diào)度后將執(zhí)行的函數(shù)，該函數(shù)由用戶實(shí)現(xiàn)，在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，通過任務(wù)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體指定。

1.6. 多任務(wù)運(yùn)作背后的機(jī)制

在多任務(wù)操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，為了方便對(duì)每個(gè)任務(wù)進(jìn)行管理，每一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)控制塊（TCB），其中包含了任務(wù)上下文棧指針（stack pointer）、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、任務(wù)ID、任務(wù)名、任務(wù)棧大小等信息，TCB 相當(dāng)于每個(gè)任務(wù)在內(nèi)核中的身份證，可以反映出每個(gè)任務(wù)運(yùn)行情況。

那么，操作系統(tǒng)中這么多的任務(wù)，它們依靠TCB被系統(tǒng)統(tǒng)一管理，那么又是如何被系統(tǒng)執(zhí)行的呢？

其實(shí)，每個(gè)任務(wù)相當(dāng)于一個(gè)裸機(jī)程序，每個(gè)任務(wù)之間相互獨(dú)立，這個(gè)“獨(dú)立”指的是每個(gè)任務(wù)都有自己的運(yùn)行環(huán)境 —— 棧空間，稱為任務(wù)棧，棧空間里保存的信息包含局部變量、寄存器、函數(shù)參數(shù)、函數(shù)返回地址等。

可是，系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU，即使每個(gè)任務(wù)的任務(wù)棧是獨(dú)立的，可是多個(gè)任務(wù)都需要被同一個(gè)CPU所執(zhí)行，CPU的資源是共用的吧。

對(duì)的，CPU的資源是多個(gè)任務(wù)共用的，這些CPU的寄存器只有在任務(wù)執(zhí)行的時(shí)候被使用，稱為任務(wù)上下文，因此，內(nèi)核在任務(wù)切換時(shí)會(huì)將切出任務(wù)的上下文信息保存在自身的任務(wù)棧空間里面，以便任務(wù)恢復(fù)時(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)，從而在任務(wù)恢復(fù)后在切出點(diǎn)繼續(xù)開始執(zhí)行。

用戶創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先申請(qǐng)任務(wù)控制塊需要的內(nèi)存空間，申請(qǐng)成功后，系統(tǒng)會(huì)將任務(wù)棧進(jìn)行初始化，預(yù)置上下文。此外，系統(tǒng)還會(huì)將“任務(wù)入口函數(shù)”地址放在相應(yīng)位置。這樣在任務(wù)第一次啟動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)時(shí)，將會(huì)執(zhí)行“任務(wù)入口函數(shù)”。

2. 任務(wù)管理API

Huawei LiteOS 任務(wù)管理模塊提供任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)刪除、任務(wù)延時(shí)、任務(wù)掛起和任務(wù)恢復(fù)、更改任務(wù)優(yōu)先級(jí)、鎖任務(wù)調(diào)度和解鎖任務(wù)調(diào)度、根據(jù)任務(wù)控制塊查詢?nèi)蝿?wù) ID、根據(jù) ID 查詢?nèi)蝿?wù)控制塊信息功能。

Huawei LiteOS 任務(wù)管理提供的 API 都是以?LOS?開頭，但是這些 API 使用起來比較復(fù)雜，所以本文中我們使用 Huawei IoT Link SDK 提供的統(tǒng)一API接口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些接口底層已經(jīng)使用 LiteOS 提供的API實(shí)現(xiàn)，對(duì)用戶而言更為簡(jiǎn)潔，API列表如下：

osal的api接口聲明在中，使用相關(guān)的接口需要包含該頭文件，關(guān)于函數(shù)的詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)參考該頭文件的聲明。

任務(wù)相關(guān)的接口定義在osal.c中，基于LiteOS的接口實(shí)現(xiàn)在?liteos_imp.c文件中：

2.1. osal_task_create

osal_task_create的接口用于創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，其接口原型如下：

void*?osal_task_create(const?char?*name,int?(*task_entry)(void?*args),??????????????????????void?*args,int?stack_size,void?*stack,int?prior){????void?*ret?=?NULL;????if((NULL?!=?s_os_cb)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops->task_create)) ????{ ????????ret?=?s_os_cb->ops->task_create(name,?task_entry,args,stack_size,stack,prior); ????}????return?ret; }

該接口的參數(shù)說明如下表：

2.2. osal_task_kill

osal_task_kill用于刪除某個(gè)其他任務(wù)（非自身），其接口原型如下：

int?osal_task_kill(void?*task){????int?ret?=?-1;????if((NULL?!=?s_os_cb)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops->task_kill)) ????{ ????????ret?=?s_os_cb->ops->task_kill(task); ????}????return?ret; }

該接口的參數(shù)說明如下表：

2.3. osal_task_exit

osal_task_exit接口用于任務(wù)退出（自身），目前暫未支持，可以直接return退出。

2.4. osal_task_sleep

osal_task_sleep接口用于任務(wù)主動(dòng)休眠，單位是ms,其接口原型如下：

void?osal_task_sleep(int?ms){????if((NULL?!=?s_os_cb)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops)?&&(NULL?!=?s_os_cb->ops->task_sleep)) ????{ ????????s_os_cb->ops->task_sleep(ms); ????}????return?; }

3. 動(dòng)手實(shí)驗(yàn) —— 體驗(yàn)任務(wù)的創(chuàng)建與切換

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)中將創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)task1，一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)task2，兩個(gè)任務(wù)都會(huì)每隔2s在串口打印自己的任務(wù)id號(hào)，在串口終端中觀察兩個(gè)任務(wù)的運(yùn)行情況。

實(shí)驗(yàn)代碼

首先打開之前創(chuàng)建的 HelloWorld 工程，基于此工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在Demo文件夾右擊，選擇新建文件夾：

新建osal_kernel_demo文件夾，用于存放內(nèi)核的實(shí)驗(yàn)文件：

接下來在此osal_kernel_demo文件夾中新建第一個(gè)實(shí)驗(yàn)文件osal_task_demo.c文件，開始編寫代碼：

/*?使用osal接口需要包含該頭文件?*/#include?/*?任務(wù)優(yōu)先級(jí)宏定義（shell任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為10）?*/#define?USER_TASK1_PRI??12??//低優(yōu)先級(jí)#define?USER_TASK2_PRI??11??//高優(yōu)先級(jí)/*?任務(wù)ID?*/uint32_t?user_task1_id?=?0;uint32_t?user_task2_id?=?0;/*?任務(wù)task1入口函數(shù)?*/static?int?user_task1_entry(){????int?n?=?0;????/*?每隔2s在串口打印一次，打印5次后主動(dòng)結(jié)束?*/ ????for(n?=?0;?n?

編寫完成之后，要將我們編寫的osal_task_demo.c文件添加到makefile中，加入整個(gè)工程的編譯：

這里有個(gè)較為簡(jiǎn)單的方法，直接修改Demo文件夾下的user_demo.mk配置文件，添加如下代碼：

#example?for?osal_task_demo ifeq?($(CONFIG_USER_DEMO),?"osal_task_demo") user_demo_src??=?${wildcard?$(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/osal_kernel_demo/osal_task_demo.c} user_demo_defs?=?-D?CONFIG_OSAL_TASK_DEMO_ENABLE=1 endif

添加位置如圖：

這段代碼的意思是：

如果 CONFIG_USER_DEMO 宏定義的值是osal_task_demo，則將osal_task_demo.c文件加入到makefile中進(jìn)行編譯。

那么，如何配置 CONFIG_USER_DEMO 宏定義呢？在工程根目錄下的.sdkconfig文件中的末尾即可配置：

因?yàn)槲覀冃薷牧薽k配置文件，所以點(diǎn)擊重新編譯按鈕進(jìn)行編譯，編譯完成后點(diǎn)擊下載按鈕燒錄程序。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

程序燒錄之后，即可看到程序已經(jīng)開始運(yùn)行，在串口終端中可看到實(shí)驗(yàn)的輸出內(nèi)容：

linkmain:V1.2.1?AT?11:30:59?ON?Nov?28?2019?WELCOME?TO?IOT_LINK?SHELLLiteOS:/>task?2:?my?task?id?is?5!task1:?my?task?id?is?4,?n?=?0!task?2:?my?task?id?is?5!task1:?my?task?id?is?4,?n?=?1!task?2:?my?task?id?is?5!task1:?my?task?id?is?4,?n?=?2!task?2:?my?task?id?is?5!task1:?my?task?id?is?4,?n?=?3!task?2:?my?task?id?is?5!task1:?my?task?id?is?4,?n?=?4!task?2:?my?task?id?is?5!user?task?1?exit!task?2:?my?task?id?is?5!……

可以看到，系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先打印版本號(hào)，串口shell的優(yōu)先級(jí)為10，最先打印shell信息，接下來task1先創(chuàng)建，但是優(yōu)先級(jí)較低，所以后創(chuàng)建的task2搶占執(zhí)行，task2打印后主動(dòng)掛起2s，這時(shí)task1開始執(zhí)行，依次執(zhí)行5次后task1結(jié)束，task2一直保持運(yùn)行。