liteos任务(二)

2019/05/21 14:57
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任务

1 基本概念

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。

Huawei 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。

Huawei LiteOS是一个支持多任务的操作系统。在Huawei LiteOS中,一个任务表示一个线程。

Huawei LiteOS中的任务是抢占式调度机制,同时支持时间片轮转调度方式。

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。

Huawei LiteOS的任务一共有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

2.1 任务状态

Huawei LiteOS系统中的每一任务都有多种运行状态。系统初始化完成后,创建的任务就可以在系统中竞争一定的资源,由内核进行调度。

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。

图 3-1 任务状态示意图

  • 就绪态-》运行态

任务创建后进入就绪态,发生任务切换时,就绪列表中最高优先级的任务被执行,从而进入运行态,但此刻该任务依旧在就绪列表中。

  • 运行态→阻塞态:

正在运行的任务发生阻塞(挂起、延时、读信号量等待)时,该任务会从就绪列表中删除,任务状态由运行态变成阻塞态,然后发生任务切换,运行就绪列表中剩余最高优先级任务。

  • 阻塞态→就绪态(阻塞态→运行态):

阻塞的任务被恢复后(任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等),此时被恢复的任务会被加入就绪列表,从而由阻塞态变成就绪态;此时如果被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级,则会发生任务切换,将该任务由就绪态变成运行态。

  • 阻塞态→退出态

阻塞的任务调用删除接口,任务状态由阻塞态变为退出态。

2.2 任务ID

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。用户可以通过任务ID对指定任务进行任务挂起、任务恢复、查询任务名等操作。

2.3 任务优先级

优先级表示任务执行的优先顺序。任务的优先级决定了在发生任务切换时即将要执行的任务。在就绪列表中的最高优先级的任务将得到执行。

2.4 任务入口函数

每个新任务得到调度后将执行的函数。该函数由用户实现,在任务创建时,通过任务创建结构体指定。

2.5 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。

2.6 任务栈

每一个任务都拥有一个独立的栈空间,我们称为任务栈。栈空间里保存的信息包含局部变量、寄存器、函数参数、函数返回地址等。任务在任务切换时会将切出任务的上下文信息保存在自身的任务栈空间里面,以便任务恢复时还原现场,从而在任务恢复后在切出点继续开始执行。

2.7 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。

3 运作机制

Huawei LiteOS任务管理模块提供任务创建、任务延时、任务挂起和任务恢复、锁任务调度和解锁任务调度、根据任务控制块查询任务ID、根据ID查询任务控制块信息功能。

在用户创建任务之前,系统会先申请任务控制块需要的内存空间,如果系统可用的内存空间小于其所需要的内存空间,任务模块就会初始化失败。如果任务初始化成功,

用户创建任务时,系统会将任务栈进行初始化,预置上下文。此外,系统还会将“任务入口函数”地址放在相应位置。这样在任务第一次启动进入运行态时,将会执行“任务入口函数”。

4. 开发指导

4.1 使用场景

任务创建后,内核可以执行锁任务调度,解锁任务调度,挂起,恢复,延时等操作,同时也可以设置任务优先级,获取任务优先级。任务结束的时候,如果任务的状态是自删除状态(LOS_TASK_STATUS_DETACHED),则进行当前任务自删除操作。

4.2 功能

Huawei LiteOS 系统中的任务管理模块为用户提供下面几种功能。

功能分类 接口名 描述
任务的创建和删除 LOS_TaskCreateOnly 创建任务,并使该任务进入suspend状态,并不调度
~ LOS_TaskCreate 创建任务,并使该任务进入ready状态,并调度
~ LOS_TaskDelete 删除指定的任务
~ LOS_TaskDelete 删除指定的任务
任务状态控制 LOS_TaskResume 恢复挂起的任务
~ LOS_TaskSuspend 挂起指定的任务
~ LOS_TaskDelay 任务延时等待
~ LOS_TaskYield 显式放权,调整指定优先级的任务调度顺序
任务调度的控制 LOS_TaskLock 锁任务调度
~ LOS_TaskUnlock 解锁任务调度
任务优先级的控制 LOS_CurTaskPriSet 设置当前任务的优先级
~ LOS_TaskPriSet 设置指定任务的优先级
~ LOS_TaskPriGet 获取指定任务的优先级
任务信息获取 LOS_CurTaskIDGet 获取当前任务的ID
~ LOS_TaskInfoGet 获取指定任务的信息

4.3 开发流程

以创建任务为例,讲解开发流程。

  1. 在los_config.h中配置任务模块。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT系统支持最大任务数,这个可以根据需求自己配置。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TSK_IDLE_STACK_SIZE IDLE任务栈大小,这个默认即可。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE默认任务栈大小,用户根据自己的需求进行配置,在用户创建任务时,可以进行针对性设置。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE时间片开关为YES。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT时间片,根据实际情况自己配置。

配置LOSCFG_BASE_CORE_TSK_MONITOR任务监测模块裁剪开关,可选择是否打开。

  1. 锁任务LOS_TaskLock,锁住任务,防止高优先级任务调度。
  2. 创建任务LOS_TaskCreate。
  3. 解锁任务LOS_TaskUnlock,让任务按照优先级进行调度。
  4. 延时任务LOS_TaskDelay,任务延时等待。
  5. 挂起指定的任务LOS_TaskSuspend,任务挂起等待恢复操作。
  6. 恢复挂起的任务LOS_TaskResume。

4.4 TASK 状态

Huawei LiteOS任务的大多数状态由内核维护,唯有自删除状态对用户可见,需要用户在创建任务时传入:

序号 定义 实际数值 描述
1 LOS_TASK_STATUS_DETACHED 0x0080 任务是自删除的

4.5 TASK 错误码

对任务存在失败可能性的操作,包括创建任务、删除任务、挂起任务、恢复任务、延时任务等等,均需要返回对应的错误码,以便快速定位错误原因。

序 号 定义 实际数值 描述 参考解决方案
1 LOS_ERRNO_TSK_NO_MEMORY 0x03000200 内存空间不足 分配更大的内存空间
2 LOS_ERRNO_TSK_PTR_NULL 0x02000201 任务参数为空 检查任务参数
3 LOS_ERRNO_TSK_STKSZ_NOT_ALIGN 0x02000202 任务栈大小未对齐 对齐任务栈
4 LOS_ERRNO_TSK_PRIOR_ERROR 0x02000203 不正确的任务优先级 检查任务优先级
5 LOS_ERRNO_TSK_ENTRY_NULL 0x02000204 任务入口函数为空 定义任务入口函数
7 LOS_ERRNO_TSK_STKSZ_TOO_SMAL 0x02000206 任务栈太小 扩大任务栈
8 LOS_ERRNO_TSK_ID_INVALID 0x02000207 无效的任务ID 检查任务ID
9 LOS_ERRNO_TSK_ALREADY_SUSPENDED 0x02000208 任务已经被挂起 等待这个任务被恢复后,再去尝试挂起这个任务
10 LOS_ERRNO_TSK_NOT_SUSPENDED 0x02000209 任务未被挂起 挂起这个任务
11 LOS_ERRNO_TSK_NOT_CREATED 0x0200020a 任务未被创建 创建这个任务
12 LOS_ERRNO_TSK_DELETE_LOCKED 0x0300020b 删除任务时,任务处于被锁状态 等待解锁任务之后再进行删除操作
13 LOS_ERRNO_TSK_MSG_NONZERO 0x0200020c 任务信息非零 暂不使用该错误码
14 LOS_ERRNO_TSK_DELAY_IN_INT 0x0300020d 中断期间,进行任务延时 等待退出中断后再进行延时操作
15 LOS_ERRNO_TSK_DELAY_IN_LOCK 0x0200020e 任务被锁的状态下,进行延时 等待解锁任务之后再进行延时操作
16 LOS_ERRNO_TSK_YIELD_INVALID_TASK 0x0200020f 将被排入行程的任务是无效的 检查这个任务
17 LOS_ERRNO_TSK_YIELD_NOT_ENOUGH_TASK 0x02000210 没有或者仅有一个可用任务能进行行程安排 增加任务数
18 LOS_ERRNO_TSK_TCB_UNAVAILABLE 0x02000211 没有空闲的任务控制块可用 增加任务控制块数量
19 LOS_ERRNO_TSK_HOOK_NOT_MATCH 0x02000212 任务的钩子函数不匹配 暂不使用该错误码
20 LOS_ERRNO_TSK_HOOK_IS_FULL 0x02000213 任务的钩子函数数量超过界限 暂不使用该错误码
21 LOS_ERRNO_TSK_OPERATE_IDLE 0x02000214 这是个IDLE任务 检查任务ID,不要试图操作IDLE任务
22 LOS_ERRNO_TSK_SUSPEND_LOCKED 0x03000215 将被挂起的任务处于被锁状态 等待任务解锁后再尝试挂起任务
23 LOS_ERRNO_TSK_FREE_STACK_FAILED 0x02000217 任务栈free失败 该错误码暂不使用
24 LOS_ERRNO_TSK_STKAREA_TOO_SMALL 0x02000218 任务栈区域太小 该错误码暂不使用
25 LOS_ERRNO_TSK_ACTIVE_FAILED 0x03000219 任务触发失败 创建一个IDLE任务后执行任务转换
26 LOS_ERRNO_TSK_CONFIG_TOO_MANY 0x0200021a 过多的任务配置项 该错误码暂不使用
27 LOS_ERRNO_TSK_CP_SAVE_AREA_NOT_ALIGN 0x0200021b 暂无 该错误码暂不使用
28 LOS_ERRNO_TSK_MSG_Q_TOO_MANY 0x0200021d 暂无 该错误码暂不使用
29 LOS_ERRNO_TSK_CP_SAVE_AREA_NULL 0x0200021e 暂无 该错误码暂不使用
30 LOS_ERRNO_TSK_SELF_DELETE_ERR 0x0200021f 暂无 该错误码暂不使用
31 LOS_ERRNO_TSK_STKSZ_TOO_LARGE 0x02000220 任务栈大小设置过大 减小任务栈大小
32 LOS_ERRNO_TSK_SUSPEND_SWTMR_NOT_ALLOWED 0x02000221 不允许挂起软件定时器任务 检查任务ID, 不要试图挂起软件定时器任务

错误码定义:错误码是一个32位的存储单元, 31~24位表示错误等级, 23~16位表示错误码标志, 15~8位代表错误码所属模块, 7~0位表示错误码序号,如下

#define LOS_ERRNO_OS_NORMAL(MID,ERRNO) \
(LOS_ERRTYPE_NORMAL | LOS_ERRNO_OS_ID | ((UINT32)(MID) << 8) | (ERRNO))
LOS_ERRTYPE_NORMAL :Define the error level as critical
LOS_ERRNO_OS_ID :OS error code flag.
MID:OS_MOUDLE_ID
ERRNO:error ID number

例如:

LOS_ERRNO_TSK_NO_MEMORY LOS_ERRNO_OS_FATAL(LOS_MOD_TSK, 0x00)

4.6 平台差异性

4.7 编程实例

4.7.1 实例描述

下面的示例介绍任务的基本操作方法,包含任务创建、任务延时、任务锁与解锁调度、挂起和恢复、查询当前任务PID、根据PID查询任务信息等操作,阐述任务优先级调度的机制以及各接口的应用。

  1. 创建了2个任务:TaskHi和TaskLo。
  2. TaskHi为高优先级任务。
  3. TaskLo为低优先级任务。

4.7.2 编程示例

UINT32 g_uwTskLoID;
UINT32 g_uwTskHiID;
#define TSK_PRIOR_HI 4
#define TSK_PRIOR_LO 5
UINT32 Example_TaskHi()
{
    UINT32 uwRet;
    UINT32 uwCurrentID;
    TSK_INFO_S stTaskInfo;
    printf("Enter TaskHi Handler.\r\n");
    /*延时2个Tick,延时后该任务会挂起,执行剩余任务中最高优先级的任务(g_uwTskLoID任务)*/
    uwRet = LOS_TaskDelay(2);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        printf("Delay Task Failed.\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    /*2个Tick时间到了后,该任务恢复,继续执行*/
    printf("TaskHi LOS_TaskDelay Done.\r\n");
    /*挂起自身任务*/
    uwRet = LOS_TaskSuspend(g_uwTskHiID);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        printf("Suspend TaskHi Failed.\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("TaskHi LOS_TaskResume Success.\r\n");

}
/*低优先级任务入口函数*/
UINT32 Example_TaskLo()
{
    UINT32 uwRet;
    UINT32 uwCurrentID;
    TSK_INFO_S stTaskInfo;
    printf("Enter TaskLo Handler.\r\n");
    /*延时2个Tick,延时后该任务会挂起,执行剩余任务中就高优先级的任务(背景任务)*/
    uwRet = LOS_TaskDelay(2);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        printf("Delay TaskLo Failed.\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("TaskHi LOS_TaskSuspend Success.\r\n");
    /*恢复被挂起的任务g_uwTskHiID*/
    uwRet = LOS_TaskResume(g_uwTskHiID);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        printf("Resume TaskHi Failed.\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    
    printf("TaskHi LOS_TaskDelete Success.\r\n");
}

/*任务测试入口函数,在里面创建优先级不一样的两个任务*/
UINT32 Example_TskCaseEntry(VOID)
{
    UINT32 uwRet;
    TSK_INIT_PARAM_S stInitParam;
    /*锁任务调度*/
    LOS_TaskLock();
    printf("LOS_TaskLock() Success!\r\n");
    
    stInitParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskHi;
    
    stInitParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_HI;
    stInitParam.pcName = "HIGH_NAME";
    stInitParam.uwStackSize = 0x400;
    stInitParam.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
    
    /*创建高优先级任务,由于锁任务调度,任务创建成功后不会马上执行*/                    uwRet = LOS_TaskCreate(&g_uwTskHiID, &stInitParam);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        LOS_TaskUnlock();
        printf("Example_TaskHi create Failed!\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("Example_TaskHi create Success!\r\n");
    stInitParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskLo;
    stInitParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_LO;
    stInitParam.pcName = "LOW_NAME";
    stInitParam.uwStackSize = 0x400;
    stInitParam.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
    /*创建低优先级任务,由于锁任务调度,任务创建成功后不会马上执行*/
    uwRet = LOS_TaskCreate(&g_uwTskLoID, &stInitParam);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        LOS_TaskUnlock();
        printf("Example_TaskLo create Failed!\r\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("Example_TaskLo create Success!\r\n");
    /*解锁任务调度,此时会发生任务调度,执行就绪列表中最高优先级任务*/
    LOS_TaskUnlock();
    while(1){};
    return LOS_OK;
}      

4.7.3 结果验证

编译运行得到的结果为:

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tsk
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