【LiteOS】小白进阶之常用 LiteOS 任务接口与基础原理详解（一）

LiteOS 的任务是调度执行的最小单元，主要按照优先级抢占，辅以时间片轮转的方式进行调度。

任务的操作和维护保护创建、删除、调用、挂起、恢复、切换、sleep 等。

任务间的交互可以通过消息或事件进行，同时支持使用互斥锁 MUX 或信号量 semphore来 进行活动的互斥同步。

任务可以分为不同的优先级，优先级用 0-31 表示，其中 0 为最高优先级。

1、系统的启动

从 vendor.s 文件 __vector_table 开始运行，首先初始化 MSP 的地址，然后调用 Reset_Handler 函数，在 reset 函数中跳转 __iar_program_start，然后进入 main 函数，在 main 函数中进行了内存、任务等初始化，随后启动系统任务开始调度。

vendor.s 只是系统刚启动时运行，而对于中断向量函数表，在初始化时配置 OS_NVIC_VTOR 寄存器进行重新定位。

2、关于中断

在 CortexM4 上存在256中断号，支持多个优先级配置，16-255为可配置的IRQ，0-15依次分别为栈顶位置(MSP）、复位、NMI(不可屏蔽中断）、硬件错误、memory管理错误、总线错误、使用错误（指令或处理器状态转换）、7-10保留、SVC、调用监控(用于软件调试)、13保留、PendSV(用于任务上下文切换)、sysTick（系统时间片调度)。

为了某些特殊情况下禁止中断的响应，M4有三个特殊的寄存器PRIMASK\FAULTMASK\BASEPRI，能够在特权模式下访问；

PRIMASK可用来禁止除了NMI和HardFault以外中断；

FAULTMASK用来屏蔽除了NMI以外的中断；

BASEPRI用于禁止一些优先级比较低的中断。

3、任务优先级实现

#define LOS_PRIORITY_QUEUE_PRIORITYNUM 32

LITE_OS_SEC_BSS LOS_DL_LIST 

*g_pstLosPriorityQueueList;//g_pstLosPriorityQueueList通过malloc对应LOS_PRIORITY_QUEUE_PRIORITYNUM大小的存储块。

LiteOS实现中对每一个优先级的任务使用了一个链表，当任务需要切换时，则从g_pstLosPriorityQueueList高优先级任务队列开始查找需要执行的任务。

4、时间片轮转

关于时间片：基于Tick来处理，Tick时钟在Cortex M4环境中通过SysTick Control的相关寄存器来配置。

SysTick是基于clk来计数，所以配置SysTick时根据系统的主频以及自定义的Tick时长来计算。

在正确配置SysTick寄存器的基础上，每个Tick会产生一个中断，中断号为15。

在Tick的中断服务程序中，进行时间片的计算，软件定时器的处理等，所以软件定时器的精度和Tick的精度有一定依赖性。

在任务运行达到系统设定的时间片Tick数目时，可进行显示的放权，进而调用其他任务，已达到时间片轮转的目的。

5、互斥锁与信号量

liteOS中都采用PV操作，即PV操作(pend post)。主要差别在于信号量允许多个任务重入，在创建信号量时，可以设置最大重入次数。

6、任务上下文的切换

所谓任务的上下文切换，理解上是在任务切换时，对任务当前环境变量进行保存，以便于任务切换回来时恢复现有状态。

任务的上下文切换，在中断 PendSV 的服务程序中实现，理解上好处：在中断处理避免了在线程中处理时，中断打断上下文切换的需要处理情况。

ICSR(Interrupt Control and State Register)使得用户在需要进行上下文切换时可以配置相应寄存器，以达到触发 PendSV 中断的目的。

7、任务堆栈的实现

在 cortexM4 系统中存在两种堆栈：MSP、PSP，亦即主堆栈指针及进程堆栈指针，在进入中断处理服务程序时用MSP，而在用户线程运行时需要使用PSP。

在cortexM4中可以通过配置CONTROL寄存器的方式来选择MSP或PSP。

CONTROL寄存器的定义：

CONTROL[0]:0-特权级线程，1-用户级线程，在中断处理服务程序中用于为特权级线程；CONTROL[1]:0-选择主堆栈指针MSP，1-选择进程堆栈指针PSP。

对于特殊寄存器的控制需要使用特殊的MSR/MRS指令进行操作，所以一般相关代码需要汇编实现，在liteOS中最底层任务相关汇编函数放在dispatch.s中。

8、消息队列与事件

消息队列顾名思义就是先进先出FIFO，LiteOS中消息队列可以用来在不同任务之间进行数据的交互。而事件event用来各个任务的同步，相对每个任务只能读取一个消息队列的限制，事件没有这样的要求，但同时事件不提供任务间的数据传输功能。理解上事件更像与多个任务的独立的存在，而消息队列却具有一定的相关性。在LiteOS中消息队列和事件都支持超时机制，当然超时可以设置成两种极限情形：立即响应和用于等待。

9、任务调度详解

系统有两个任务调度函数：

  

   

    

     

    
    

     

      VOID osSchedule(VOID)
     
    
   

    

     

    
    

     

      VOID LOS_Schedule(VOID)
     
    
  
 

这两个函数最终会调用到汇编编写的 osTaskSchedule() 函数，在移植的时候要根据不同的内核来修改，在 COTEX-M3 函数内核中用的是 pendsv 中断来切换任务。

  

   

    

     

    
    

     

      osTaskSchedule
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R0, =OS_NVIC_INT_CTRL
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R1, =OS_NVIC_PENDSVSET
     
    
   

    

     

    
    

     

          STR     R1, [R0]
     
    
   

    

     

    
    

     

          BX      LR
     
    
  
 

该函数就是直接操作寄存器触发 pendsv 异常：

  

   

    

     

    
    

     

      PendSV_Handler
     
    
   

    

     

    
    

     

          MRS     R12, PRIMASK
     
    
   

    

     

    
    

     

          CPSID   I
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R2, =g_pfnTskSwitchHook
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R2, [R2]
     
    
   

    

     

    
    

     

          CBZ     R2, TaskSwitch
     
    
   

    

     

    
    

     

          PUSH    {R12, LR}
     
    
   

    

     

    
    

     

          BLX     R2
     
    
   

    

     

    
    

     

          POP     {R12, LR}
     
    
  
 

异常直接调用 TaskSwitch 函数：

  

   

    

     

    
    

     

      TaskSwitch
     
    
   

    

     

    
    

     

          MRS     R0, PSP
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          STMFD   R0!, {R4-R12}
     
    
   

    

     

    
    

     

          VSTMDB  R0!, {D8-D15}
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R5, =g_stLosTask
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R6, [R5]
     
    
   

    

     

    
    

     

          STR     R0, [R6]
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDRH    R7, [R6 , #4]
     
    
   

    

     

    
    

     

          MOV     R8,#OS_TASK_STATUS_RUNNING
     
    
   

    

     

    
    

     

          BIC     R7, R7, R8
     
    
   

    

     

    
    

     

          STRH    R7, [R6 , #4]
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R0, =g_stLosTask
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R0, [R0, #4]
     
    
   

    

     

    
    

     

          STR     R0, [R5]
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDRH    R7, [R0 , #4]
     
    
   

    

     

    
    

     

          MOV     R8,  #OS_TASK_STATUS_RUNNING
     
    
   

    

     

    
    

     

          ORR     R7, R7, R8
     
    
   

    

     

    
    

     

          STRH    R7,  [R0 , #4]
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDR     R1,   [R0]
     
    
   

    

     

    
    

     

          VLDMIA  R1!, {D8-D15}
     
    
   

    

     

    
    

     

          LDMFD   R1!, {R4-R12}
     
    
   

    

     

    
    

     

          MSR     PSP,  R1
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

          MSR     PRIMASK, R12
     
    
   

    

     

    
    

     

          BX      LR
     
    
  
 

任务调度函数就是通过操作全局变量 g_stLosTask，把当前任务的寄存器入栈，其实就是存在任务控制块中 pStackPointer 指向的内存里面，然后把最新的就绪任务弹出来，就实现了任务切换。

  

   

    

     

    
    

     

      typedef struct tagTaskCB
     
    
   

    

     

    
    

     

      {
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *pStackPointer;             /**< Task stack pointer                 */
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT16                      usTaskStatus;
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT16                      usPriority;
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwStackSize;                /**< Task stack size                 */
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwTopOfStack;               /**< Task stack top               */
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwTaskID;                  /**< Task ID                     */
     
    
   

    

     

    
    

     

          TSK_ENTRY_FUNC              pfnTaskEntry;               /**< Task entrance function               */
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *pTaskSem;                  /**< Task-held semaphore           */
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *pThreadJoin;               /**< pthread adaption            */
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *pThreadJoinRetval;         /**< pthread adaption            */
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *pTaskMux;                  /**< Task-held mutex           */
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      auwArgs[4];                 /**< Parameter, of which the maximum number is 4          */
     
    
   

    

     

    
    

     

          CHAR                        *pcTaskName;                /**< Task name                     */
     
    
   

    

     

    
    

     

          LOS_DL_LIST                 stPendList;
     
    
   

    

     

    
    

     

          LOS_DL_LIST                 stTimerList;
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwIdxRollNum;
     
    
   

    

     

    
    

     

          EVENT_CB_S                  uwEvent;
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwEventMask;                /**< Event mask               */
     
    
   

    

     

    
    

     

          UINT32                      uwEventMode;                /**< Event mode               */
     
    
   

    

     

    
    

     

          VOID                        *puwMsg;                    /**< Memory allocated to queues          */
     
    
   

    

     

    
    

     

      } LOS_TASK_CB;
     
    
  
 

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