LiteOS内核开发（二）

本章将介绍LiteOS内核中的任务管理模块

1. 基本概念

从系统上来说，任务是资源竞争的最小单元，可以使用或等待CPU的系统资源，独立运行。HUWEI LITEOS可以给用户提供多个任务，实现任务通信和切换。任务管理是LiteOS不可裁剪极小内核的一部分功能，主要支持任务的创建，删除，延迟，挂起，恢复等功能，同时支持锁定和解锁任务调度。支持抢占式调度和时间片轮转。

2. 相关属性

任务状态：

一般来说，一个任务可以具有为几种不同的状态，即就绪态，阻塞态，运行态和结束态，这四种状态之间的转换关系如图所示。

状态之间的转换一般是在以下条件下进行

就绪态→运行态

任务创建后进入就绪态，发生任务切换时，就绪队列中最高优先级的任务被执行，从而进入运行态，同时该任务从就绪队列中移出。

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）时，该任务会从就绪队列中删除，任务状态由运行态变成阻塞态，然后发生任务切换，运行就绪队列中最高优先级任务。

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队列，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，该任务由就绪态变成运行态。

就绪态→阻塞态

任务也有可能在就绪态时被阻塞（挂起），此时任务状态由就绪态变为阻塞态，该任务从就绪队列中删除，不会参与任务调度，直到该任务被恢复。

运行态→就绪态

有更高优先级任务创建或者恢复后，会发生任务调度，此刻就绪队列中最高优先级任务变为运行态，那么原先运行的任务由运行态变为就绪态，依然在就绪队列中。

运行态→退出态

运行中的任务运行结束，任务状态由运行态变为退出态。退出态包含任务运行结束的正常退出状态以及Invalid状态。例如，任务运行结束但是没有自删除，对外呈现的就是Invalid状态，即退出态。

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。

任务ID：是任务在创建之初赋予的标识，系统需要根据任务ID对任务进行具体操作（阻塞，恢复，查询名称等）

任务优先级：决定了执行任务的先后状态，在任务切换时，在就绪表中最高优先级的任务会被执行，LiteOS中任务一共有32个优先级【0-31】，最高优先级为0，最低优先级为31

任务入口函数：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设置。

任务栈：一个任务独占的存储资源空间，一般保存了局部变量，寄存器，函数返回地址等信息

任务上下文：一般指任务运行中的一些资源信息，如寄存器等，在任务因为中断或其他原因发生任务切换时，需要把任务上下文保存在任务栈中，防止其他任务在运行时修改了寄存器的值。

任务控制块TCB：每个任务都会具有，里面包含任务上下文栈指针（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

初始化：user在创建任务时，会初始化上下文，任务栈，并将任务入口函数放置在相应地址。因此在任务第一次启动进入运行态时，会首先执行任务入口函数。

3. 实例分析

3.1 前提条件

在LiteOS根目录下执行make menuconfig,打开menuconfig图形配置界面，找到kernel/Basic Config/Task，对任务模块进行配置。使能LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE（任务时间片调度开关），LOSCFG_LAZY_STACK（惰性压栈功能），LOSCFG_BASE_CORE_TSK_MONITOR（任务栈溢出检查和轨迹开关），关闭LOSCFG_TASK_STATIC_ALLOCATION（创建任务时，由用户传入任务栈），将LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_PRIO（默认任务优先级）设置为10，其他项保持不变。

3.2 具体步骤

在完成上述准备工作后，就可以在LiteOS Stdio下新建工程开始写程序了，首先在宏定义中定义两个变量和两个不同的优先级，随后分别定义两个优先级任务的入口函数,

注：LOS_TaskDelay是los_task.c中的任务延时函数，其默认返回值为LOS_OK.

UINT32 g_taskHiId;
UINT32 g_taskLoId;
#define TSK_PRIOR_HI 4
#define TSK_PRIOR_LO 5UINT32 Example_TaskHi(VOID)//高优先级任务
{UINT32 ret;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_taskLoId任务) */ret = LOS_TaskDelay(2);if (ret != 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 */ret = LOS_TaskSuspend(g_taskHiId);if (ret != LOS_OK) {printf("Suspend TaskHi Failed.\r\n");return LOS_NOK;}printf("TaskHi LOS_TaskResume Success.\r\n");return ret;
}UINT32 Example_TaskLo(VOID)//低优先级任务
{UINT32 ret;printf("Enter TaskLo Handler.\r\n");/* 延时2个Tick，延时后该任务会挂起，执行剩余任务中最高优先级的任务(背景任务) */ret = LOS_TaskDelay(2);if (ret != 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_taskHiId */ret = LOS_TaskResume(g_taskHiId);if (ret != LOS_OK) {printf("Resume TaskHi Failed.\r\n");return LOS_NOK;}printf("TaskHi LOS_TaskDelete Success.\r\n");return ret;
}

随后我们在测试主函数中引用这两个入口函数

UINT32 Example_TskCaseEntry(VOID)
{UINT32 ret;TSK_INIT_PARAM_S initParam;/* 锁任务调度，防止新创建的任务比本任务高而发生调度 */LOS_TaskLock();printf("LOS_TaskLock() Success!\r\n");initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskHi;initParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_HI;initParam.pcName = "TaskHi";initParam.uwStackSize = LOSCFG_TASK_MIN_STACK_SIZE;initParam.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 */ret = LOS_TaskCreate(&g_taskHiId, &initParam);if (ret != LOS_OK) {LOS_TaskUnlock();printf("Example_TaskHi create Failed!\r\n");return LOS_NOK;}printf("Example_TaskHi create Success!\r\n");initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskLo;initParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_LO;initParam.pcName = "TaskLo";initParam.uwStackSize = LOSCFG_TASK_MIN_STACK_SIZE;initParam.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 */ret = LOS_TaskCreate(&g_taskLoId, &initParam);if (ret != 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，执行就绪队列中最高优先级任务 */LOS_TaskUnlock();return LOS_OK;
}

其中，TSK_INIT_PARAM_S是los_task.h中任务管理的一个接口函数，主要是用于对任务进行初始化的，其成员作用如下表所示。而LOS_TaskCreate函数是根据TSK_INIT_PARAM任务属性和任务地址完成任务的最终创建函数，创建成功的返回值也是LOS_OK,在任务创建成功后我们就可以解锁任务调度器，按照就绪队列表的优先级顺序开始对任务进行执行。

pfnTaskEntry	任务入口函数
usTaskPrio	优先级
pcName	任务名称
uwResved	任务在使用结束后的自删除选项
uwStackSize	任务栈的大小

因此在任务测试函数中，首先我们调用LOS_TaskLock函数锁住任务调度功能，防止出现创建任务的优先级高于本任务默认的系统优先级，随后根据两个任务的入口函数对两个任务的属性初始化，然后创建两个任务，将两个任务排入就绪列表中，最后解锁任务调度功能，从就绪队列中开始执行任务。其编译执行结果如下所示

LOS_TaskLock() Success!
Example_TaskHi create Success!
Example_TaskLo create Success!
Enter TaskHi Handler.
Enter TaskLo Handler.
TaskHi LOS_TaskDelay Done.
TaskHi LOS_TaskSuspend Success.
TaskHi LOS_TaskResume Success.
TaskHi LOS_TaskDelete Success.

从中可以看出，在锁住任务调度之后，首先依次执行高低优先级任务的创建函数LOS_TaskCreate，在任务解锁之后，由于TaskHi优先级高，先执行其入口函数，打印首句” Enter TaskHi Handler”后因为延时自身任务被挂起，任务调度随即转到TaskLo的入口函数执行内容，同样执行完首句后，延时2Tick被挂起，任务调度重新转回TaskHi上次切换时的执行位置，打印出” TaskHi LOS_TaskDelay Done”，随后根据程序再度挂起自身，执行TaskLo函数中的printf("TaskHi LOS_TaskSuspend Success.\r\n");语句，随后执行恢复TaskHi语句ret = LOS_TaskResume(g_taskHiId);转到TaskHi入口函数的断点，打印出TaskHi LOS_TaskResume Success.结束TaskHi入口函数的执行，最后转到TaskLo入口的断点执行打印出TaskHi LOS_TaskDelete Success。至此，就绪表中所有任务均执行完成，程序结束。

注：程序中的相关接口函数可以在gitee上的LiteOS仓库找到。