2.uCOSIII任务管理

任务简介：
- 任务即由系统管理的程序实体，由三部分组成：
  - 任务堆栈：本质是一个数组，不同的任务在创建前可以自己定义相关数组的大小；
  - 任务控制块：本质上是一个结构体，用于保存任务当前的各种状态信息，其成员只可用uCOSIII相关函数访问，用户不可直接访问；
  - 任务函数：即表达任务功能的地方，通过系统调用来切换，分为运行至完成型(完成后自我删除)和无限循环型(while(1))；
- 任务还有一些其他属性，如优先级等等，这些在以后使用中会注意到；

任务状态：
- 用户角度：
  - 休眠态：任务已经在CPU的flash中了，但未注册而不受UCOSIII管理；
  - 就绪态：系统为任务分配了任务控制块，并且满足运行的条件，任务已经在就绪队列中；
  - 运行态：任务获得CPU的使用权，正在运行；
  - 等待态：任务需要等待等待某个事件或外设，进入等待队列中，此时系统就会把CPU使用权转交给别的任务；
  - 中断服务态：当发送中断，当前正在运行的任务会被挂起，CPU转而去执行中断服务函数，此时任务即中断服务态；

操作系统角度：
- 有八种状态，且每种状态在操作系统中都有相关宏定义表示，而OS_TCB中也记录了任务当前属于哪种状态：
- 从图中可以看出进入每种状态的条件(调用什么函数)；

任务基本属性：
- 任务栈：
  - 根据实际任务为相应任务分配合理大小的堆栈（--------具体方式应查一下）；
  - uCOSIII中建议用静态分配栈，动态会生成很多碎片；
  - 注意堆栈溢出情况，采取堆栈溢出检测：
    - MMU或MPU检测：配置硬件；
    - 具有堆栈溢出检测功能CPU：CPU堆栈指针SP高于/低于某个预定值产生异常；
      - 这个预定值(stk_limit，堆栈限位)在创建任务时会作为OSTaskCreate()参数传给OS_TCB；
      - 此种堆栈限位值可以很接近堆栈底，任务运行时常存在一个寄存器(堆栈溢出检测寄存器)中；
      - 上下文切换时先让此寄存器指向NULL；再改变SP的值；之后再改变此寄存器值为新任务stk_limit;
    - 基于软件堆栈溢出检测：任务切换函数中添加相关代码，模拟硬件实现方式；
      - 没有硬件可靠，且stk_limit值离堆栈底应远一点；
    - 系统中的OSTaskStkChk()函数可以用于计算任务堆栈使用量；
- 优先级：
  - uCOSIII优先级个数可为无穷大，默认的是64，由os_cfg.h中的OS_CFG_PRIO_MAX决定，值越小代表优先级越高；
  - 最高优先级任务(0优先级)为中断服务管理任务(OS_IntQTask())，最低优先级为系统的空闲任务；
  - 用户可以为用户任务设置优先级，但设置原则建议为：单调执行率调度法(执行频率高的任务优先级高)：
  - 高优先级可以抢占低优先级，同优先级间采用轮转时间片调度；

任务相关操作：
- 任务创建：主要调用OSTaskCreate()函数，由于其参数表较为复杂，此处列出：

系统任务：
- 空闲任务(OS_IdleTask()，os_core.c)：
  - 是UCOSIII创建的第一个任务，亦是必须创建的任务，此任务在OSInit()内由系统创建；
  - 任务优先级为OS_CFG_PRIO_MAX-1，其他任务不允许使用此优先级；
  - 其他任务未就绪时，系统运行空闲任务；
  - 空闲任务内有两个计数器：
    - OSIdleTaskCtr：表示空闲任务活跃度；
    - OSStatTaskCtr：由统计任务控制，统计程序运行CPU利用情况；
  - 该任务有个OSIdleTaskHook()的函数，允许用户做一些额外操作，但这些操作不可使空闲任务进入等待态；
- 时钟节拍任务/时基任务(OS_TickTask(),os_tick.c)：
  - 用于处理时钟节拍，是必须创建的任务；
  - 任务优先级在os_cfg_app.h文件中OS_CFG_TICK_TASK_PRIO设置，其优先级应纸币用户系统中最重要的任务优先级低一点(通常设置为1或2)；
  - 该任务等待时钟节拍(定时器)发送的信号，进入就绪态，启动任务；
  - 在此任务内，系统会遍历所有等待延时或指定时间内等待某内核对象的任务(即时钟节拍列表---时钟节拍轮)---关于此表在中文书79页，很有意思，此处不详述；
  - 更新时钟节拍列表大部分在临界区代码完成的；
- 统计任务(OS_StatTask(),os_stat.c)：
  - 可选任务，通过os_cfg.h中的OS_CFG_STAT_TASK_EN控制；
  - 任务优先级为os_cfg_app.h文件中OS_CFG_STST_TASK_PRIO设置；
  - 用于统计总CPU使用率，各任务CPU使用率，各任务堆栈使用量，CPU利用率从0~10000表示从0.00%~100.00%,具体计算方法不细述；
  - 使用此任务，main函数在调用OSStart()前只可创建一个用户任务，此任务中应先调用OSStatTaskCPUUsageInit()函数，然后才可创建其他任务；
  - 系统会把每个任务运行统计结果存入每个任务OS_TCB中；
- 定时任务(OS_TmrTask(),os_tmr.c)：
  - 是可选任务，由os_cfg.h中的OS_CFG_TMR_EN控制是否使用此任务；
  - 任务优先级为os_cfg_app.h文件中OS_CFG_TMR_TASK_PRIO设置，常设为中等优先级；
  - 和时钟节拍任务使用相同的中断源，但会对时钟节拍进行分频，多少个节拍后产生一个相关信号量；
- 中断服务管理任务(OS_IntQTask()、os_int.c)：
  - 是可选任务，由os_cfg.h中的OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN控制；
  - 当通过调度器解/上锁管理临界区时，ISR调用Post函数不会直接操纵等待表等，而是先放入一缓冲队列；
  - 中断结束之后进行任务切换，此时该任务会把相关消息、信号传递给对应任务；
  - 这种方式(延迟发布)降低了关中断时间；

任务就绪表：
- 就绪优先级位映射表(OSPrioTbl[])：
  - 某一优先级有对应任务就绪，该表对应位会被置1；
  - 此表中优先级从左到右从上到下逐渐降低，这样在某些CPU中查找最高优先级速度会较快；
  - 该表相关配置和操作函数在os_prio.h/.c文件内；

就绪任务列表(OSRdyList[])：
- 是一个包含OS_CFG_PRIO_MAX项的结构体数组，每一项对应存储这个优先级任务的队列；
- 操作就绪任务列表的函数在os_core.c文件内，包括创建新任务时会入就绪队列；
- 初始化时该数组中相关元素相关元素都会被初始化；

任务调度：
- 调度方式：
  - 是抢占式的，分为直接发布和延迟发布两种模式，最终结果一样：
    - 直接发布：
      - 中断服务函数中，直接向某个任务发布信号量或消息等；
      - 中断结束后直接进入更高优先级的任务，而不先返回原来任务；
    - 延迟发布：
      - 中断中将要发布的信息先放入相关缓冲队列中；
      - 退出中断后会进入最高优先级的中断服务管理任务(OS_IntQTask())；
      - 该函数内根据消息队列发布相关操作，这有利于减少关中断事件；
- 调度点：
  - 任务向另一任务发送信号量或消息：
    - 一个任务调用OS_XXX_Post()函数时，该函数结束后即发生任务调度；
    - 当OS_OPT_POST_NO_SCHED使能时则不发生任务调度；
  - 当前任务调用STimeDly()或OSTimeDlyHMSM()：
    - 该任务会被放入等待延时列表(时钟节拍轮)中，启动调度器；
  - 任务执行到需要等待一个事件发生时：
    - 通常是调用了OS_XXX_Pend()函数，当前任务被放入等待事件列表中；
    - 若指定了等待的时间，还会入等待超时队列中；
  - 任务取消等待一个事件：
    - 任务调用OS_XXX_PendAbort()取消对一事件的等待，此时会从相关等待队列删除，系统重新调度；
  - 创建任务，删除当前任务：此时亦会启动调度器；
  - 删除内核对象：
    - 系统通知等待该内核任务，这些任务转入就绪态。重新调度；
  - 有任务优先级被改变时；
  - 任务自我挂起或者解挂：
    - 分别调用OSTaskSuspend()和OSTaskResume()函数；
  - 退出所有嵌套中断时：
    - 此时系统会检查这些中断是否使某些优先级任务进入就绪态；
    - 这时候任务调度通过OSIntExit()函数实现；
  - 任务放弃当前时间片(礼让)；
    - 即调用OSSchedRoundRobinYield()函数；
  - 用户手动调度：
    - 即显式的调用OSSched()函数，这主要用于使能OS_OPT_POST_NO_SCHED时，调用OS_XXX_Post()函数不会产生调度时；
    - 这样可以一次发布多个信息后进行一次任务调度，而非每次发布后执行；
- 轮转时间片：
  - 多个同优先级任务时，系统使用此方式管理，用户可使能或禁止；
  - 允许一个任务主动放弃CPU，即“礼让”，
  - 用户可在运行时改变默认时间片长度(QSTaskTimeQuantaSet()函数)；
  - 可以为每个任务制定不同长度的时间片；
- 几个调度函数：
  - OSSched()函数：
    - 该函数是任务级调度器，不可在ISR_Func内被调用；
    - 进入此函数时中断应关闭的，退出时中断应重新开始；
    - 扫描就绪任务表，一旦要调度，则调用任务级上下文切换函数；
  - OSIntExit()函数：
    - 此函数通常会在ISR_Func结束时被调用来调度任务；
    - 当任务调度器未上锁，且是最后一层嵌套的中断中，该函数执行调度；
    - 查询任务就绪表，调用中断级上下文切换函数；
  - OS_SshedRoundRobin()函数：
    - 用于进行同优先级下的时间片轮转调度；
    - 直接发布时由OSTimeTick()函数调用，延迟发布时由OS_IntQTask()函数调用；

上下文切换：
- 概述：
  - 主要作用是将当前任务现场保存到任务堆栈中；
  - 不同CPU寄存器数不同，故这部分代码移植时应根据实际CPU修改，具体在os_cpu.h、os_cpu_c.c、os_cpu_a.asm文件中；
  - 寄存器中的PC和状态寄存器(SR)先入栈，这是硬件自动完成的，其他由软件入栈，任务堆栈指针不入栈，而直接存入OS_TCB中；
  - 具体的两个切换函数都是在os_cpu_a.asm中用汇编写的；
- 任务级OSCtxSw()函数：
  - 先将当前任务相关寄存器存入任务堆栈，入栈顺序一般和中断时一样；
  - 将当前堆栈指针值存入当前任务OS_TCB中；
  - 将新任务OS_TCB中的任务堆栈指针值载入堆栈指针寄存器中；
  - 从新任务堆栈中依次弹栈，恢复现场；
- 中断级OSIntCtxSw()函数：
  - 与任务级不同，中断级在切换前默认发生中断时CPU寄存器已被存入相关堆栈内；
  - 所以其只完成任务级的后两步；

任务挂起表：
- 功能概述：
  - 当前任务等待某一内核对象或者消息时，用来记录的地方；
  - 其本质是一个个链表，每个内核对象或者消息对应一个链表，表中高优先级任务放在前面；
  - 链表的表头中记录等待对象的结构体被称为OS_PEND_OBJ，有以下元素：
    - Type：表明该表中元素等待的内核对象的类型，四个字节的ANSII码表示；
    - NamePtr：指向该种内核对象的一个确切实体的名字；
  - 任务挂起表内元素不是OS_TCB，而是OS_PEND_DATA结构体，位于任务自己的堆栈内；
  - 该结构体内指针可以指向自己的OS_TCB，而OS_TCB亦可指向自己的OS_PEND_DATA；

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