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ESP32移植Openharmony设备开发---(3)任务调度

时间：2024-10-10 15:51:35浏览次数：13  
标签：Openharmony 优先级 ESP32 LOS 任务 TaskHi 任务调度 UINT32

任务调度

官方文档：OpenAtom OpenHarmony

基本概念

从系统角度看，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，各任务的运行相互独立。

OpenHarmony LiteOS-M的任务模块可以给用户提供多个任务，实现任务间的切换，帮助用户管理业务程序流程。任务模块具有如下特性：

  1. 支持多任务。
  2. 一个任务表示一个线程。
  3. 抢占式调度机制，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。
  4. 相同优先级任务支持时间片轮转调度方式。
  1. 共有32个优先级[0-31]，最高优先级为0，最低优先级为31。
任务状态

任务有多种运行状态。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）

该任务在就绪队列中，只等待CPU。

运行（Running）

该任务正在执行。

阻塞（Blocked）

该任务不在就绪队列中。包含任务被挂起（suspend状态）、任务被延时（delay状态）、任务正在等待信号量、读写队列或者等待事件等。

退出态（Dead）

该任务运行结束，等待系统回收资源。

系统会同时存在多个任务，因此就绪态和阻塞态的任务分别会加入就绪队列和阻塞队列。队列只是相同状态任务的合集，加入队列的先后与任务状态迁移的顺序无关。运行态任务仅存在一个，不存在运行态队列。

任务状态迁移说明

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，将该任务插入到对应的阻塞队列中，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→运行态的前置条件） 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移出，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

在任务创建时通过参数返回给用户。系统中任务ID号是唯一的，是任务的重要标识。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。

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，就绪队列中最高优先级的任务将得到执行。

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

每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。

任务上下文

任务在运行过程中使用的一些资源，如寄存器等，称为任务上下文。当这个任务挂起时，其他任务继续执行，可能会修改寄存器等资源中的值。如果任务切换时没有保存任务上下文，可能会导致任务恢复后出现未知错误。因此在任务切换时会将切出任务的任务上下文信息，保存在自身的任务栈中，以便任务恢复后，从栈空间中恢复挂起时的上下文信息，从而继续执行挂起时被打断的代码。

任务控制块（TCB）

每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。

任务切换

任务切换包含获取就绪队列中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。

OpenHarmony LiteOS-M内核的任务管理模块提供下面几种功能，接口详细信息可以查看API参考。

任务管理模块接口

功能分类

接口描述

创建和删除任务

LOS_TaskCreateOnly：创建任务，并使该任务进入suspend状态。
LOS_TaskCreate：创建任务，并使该任务进入ready状态，如果就绪队列中没有更高优先级的任务，则运行该任务。
LOS_TaskDelete：删除指定的任务。

控制任务状态

LOS_TaskResume：恢复挂起的任务，使该任务进入ready状态。
LOS_TaskSuspend：挂起指定的任务，然后切换任务。
LOS_TaskJoin：挂起当前任务，等待指定任务运行结束并回收其任务控制块资源
LOS_TaskDelay：任务延时等待，释放CPU，等待时间到期后该任务会重新进入ready状态。传入参数为Tick数目。
LOS_Msleep：任务延时等待，释放CPU，等待时间到期后该任务会重新进入ready状态。传入参数为毫秒数。
LOS_TaskYield：当前任务时间片设置为0，释放CPU，触发调度运行就绪任务队列中优先级最高的任务。

控制任务调度

LOS_TaskLock：锁任务调度，但任务仍可被中断打断。
LOS_TaskUnlock：解锁任务调度。
LOS_Schedule：触发任务调度。

控制任务优先级

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。

获取任务信息

LOS_CurTaskIDGet：获取当前任务的ID。
LOS_NextTaskIDGet：获取任务就绪队列中优先级最高的任务的ID。
LOS_NewTaskIDGet：等同LOS_NextTaskIDGet。
LOS_CurTaskNameGet：获取当前任务的名称。
LOS_TaskNameGet：获取指定任务的名称。
LOS_TaskStatusGet：获取指定任务的状态。
LOS_TaskInfoGet：获取指定任务的信息，包括任务状态、优先级、任务栈大小、栈顶指针SP、任务入口函数、已使用的任务栈大小等。
LOS_TaskIsRunning：获取任务模块是否已经开始调度运行。

任务信息维测

LOS_TaskSwitchInfoGet：获取任务切换信息，需要开启编译控制宏：LOSCFG_BASE_CORE_EXC_TSK_SWITCH。

新建工程文件夹002_LOS_Task，文件夹下有两个文件：

  1. BUILD.gn
  2. LOS_Task_example.c

BUILD.gn

小tips：该gn文件是工程同目录下的BUILD.gn文件

因为用到了liteos-m的任务调度，所以需要引用liteos-m内核库，具体可以参考上节课程中的BUILD.gn的写法，并做一点修改---添加一个参数include_dir，该参数表示项目所引用的库的路径，以后移植第三方库可以通过此方式进行引用

LOS_Task_example.c

/*
 * Copyright (c) 2022 Hunan OpenValley Digital Industry Development Co., Ltd.
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "los_task.h"
#include "ohos_run.h"

UINT32 g_taskHiId;
UINT32 g_taskLoId;
#define TSK_PRIOR_HI 4
#define TSK_PRIOR_LO 5

UINT32 Example_TaskHi(UINT32 arg)
{
    UINT32 ret;

    printf("Enter TaskHi Handler.\n");

    /* 延时100个Ticks，延时后该任务会挂起，执行剩余任务中最高优先级的任务(TaskLo任务) */
    ret = LOS_TaskDelay(100);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("Delay TaskHi Failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }

    /* 100个Ticks时间到了后，该任务恢复，继续执行 */
    printf("TaskHi LOS_TaskDelay Done.\n");

    /* 挂起自身任务 */
    ret = LOS_TaskSuspend(g_taskHiId);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("Suspend TaskHi Failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("TaskHi LOS_TaskResume Success.\n");
    return ret;
}

/* 低优先级任务入口函数 */
UINT32 Example_TaskLo(UINT32 arg)
{
    UINT32 ret;
    printf("Enter TaskLo Handler.\n");
    /* 延时100个Ticks，延时后该任务会挂起，执行剩余任务中最高优先级的任务 */
    ret = LOS_TaskDelay(100);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("Delay TaskLo Failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }

    printf("TaskHi LOS_TaskSuspend Success.\n");

    /* 恢复被挂起的任务g_taskHiId */
    ret = LOS_TaskResume(g_taskHiId);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("Resume TaskHi Failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }
    return ret;
}

/* 任务测试入口函数，创建两个不同优先级的任务 */
UINT32 Example_TskCaseEntry(VOID)
{
    UINT32 ret;
    TSK_INIT_PARAM_S initParam = {0};
    /* 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!\n");
    UINT32 curTaskID = LOS_CurTaskIDGet();
    TSK_INFO_S taskInfo;
    ret = LOS_TaskInfoGet(curTaskID, &taskInfo);
    if (ret == LOS_OK) {
        printf("curTask pro = %d\n", taskInfo.usTaskPrio);
    }

    initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskHi;
    initParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_HI;
    initParam.pcName = "TaskHi";
    initParam.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
    initParam.uwResved = LOS_TASK_ATTR_JOINABLE; /* detach 属性 允许使用LOS_TaskJoin */

    /* 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!\n");
        return LOS_NOK;
    }
    printf("Example_TaskHi create Success!\n");

    initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_TaskLo;
    initParam.usTaskPrio = TSK_PRIOR_LO;
    initParam.pcName = "TaskLo";
    initParam.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
    /* 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!\n");
        return LOS_NOK;
    }

    printf("Example_TaskLo create Success!\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();
    ret = LOS_TaskJoin(g_taskHiId, NULL);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("Join Example_TaskHi Failed!\n");
    } else {
        printf("Join Example_TaskHi Success!\n");
    }
    return LOS_OK;
}

OHOS_APP_RUN(Example_TskCaseEntry);

代码分析：在OS_Thread_example函数中，通过osThreadNew()函数创建了threadHi和threadLo两个不同优先级的任务，包括任务延迟、挂起、恢复等操作，threadHi和threadLo启动后会输出打印日志，通过打印日志可熟悉任务优先级调度机制。

编译并烧录

修改工作文件夹级的BUILD.gn文件，将编译的文件夹指定为新建的002_LOS_Task

在源码根目录下使用hb工具对写好的代码进行编译

选择mini级系统

同理 产品选择esp公司下的esp32

选择完毕后在源码根目录下执行hb build -f 进行编译

编译完成后会有如下界面,并且编译后的代码固件位于：out\esp32\esp32

配置软件，如下图，包括升级的镜像，配置，确保COM口是有的点击START

按住boot键不松开，再按一下EN键，0.5秒后松开boot键，可以看到升级成功：

验证结果

打开串口工具->选择COM5->打开串口

按下ESP32开发板上的EN键,即可观察到实验现象:

  1. 应用程序启动：
    • 应用程序从Example_TskCaseEntry函数开始执行。
  1. 锁定任务调度：
    • 调用LOS_TaskLock()锁定任务调度，防止创建任务期间发生任务切换。
  1. 获取当前任务信息：
    • 获取当前任务的ID，并打印当前任务的优先级。
  1. 创建高优先级任务：
    • 初始化任务参数，设置任务入口函数为Example_TaskHi，优先级为TSK_PRIOR_HI（4），任务名为“TaskHi”。
    • 调用LOS_TaskCreate()创建高优先级任务，并存储任务ID到g_taskHiId。
  1. 创建低优先级任务：
    • 初始化任务参数，设置任务入口函数为Example_TaskLo，优先级为TSK_PRIOR_LO（5），任务名为“TaskLo”。
    • 调用LOS_TaskCreate()创建低优先级任务，并存储任务ID到g_taskLoId。
  1. 解锁任务调度：
    • 调用LOS_TaskUnlock()解锁任务调度，此时系统开始调度任务。
  1. 任务调度与执行：
    • 由于TaskHi的优先级高于TaskLo，并且任务调度已解锁，所以首先执行TaskHi。
    • TaskHi打印进入任务的消息：“Enter TaskHi Handler.”。
    • TaskHi延迟100个ticks，期间调度器选择其他就绪任务执行。
    • TaskLo开始执行，并打印进入任务的消息：“Enter TaskLo Handler.”。
    • TaskLo延迟100个ticks，期间TaskHi仍处于延迟状态。
    • TaskLo的延迟结束后，TaskLo恢复TaskHi。
    • TaskHi的延迟结束后，TaskHi恢复执行，并打印延迟完成的消息：“TaskHi LOS_TaskDelay Done.”。
    • TaskHi挂起自身，并打印挂起成功的消息：“TaskHi LOS_TaskResume Success.”。
  1. 任务恢复与结束：
    • TaskLo恢复TaskHi，并打印恢复成功的消息：“TaskHi LOS_TaskSuspend Success.”。
    • TaskHi被恢复后，由于其优先级较高，重新获得CPU执行权。
    • TaskHi执行完毕后，Example_TskCaseEntry函数通过LOS_TaskJoin等待TaskHi结束，并打印成功消息：“Join Example_TaskHi Success!”。

API参考

任务调度

typedef struct tagTskInitParam {

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

UINT16 usTaskPrio; /**< Task priority > */

UINT32 uwArg; /**< Task parameters >*/

UINTPTR stackAddr; /**< Task stack memory >*/

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

CHAR *pcName; /**< Task name >*/

UINT32 uwResved; /**< Reserved >*/

} TSK_INIT_PARAM_S;

pfnTaskEntry : 新建线程的函数入口
usTaskPrio : 线程优先级，0-31
uwArg : 线程函数传参
stackAddr : 堆栈起始地址

uwStackSize : 堆栈大小，当传入值为0时，使用默认值LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE
pcName : 线程名称

uwResved : 保留参数可以省略

UINT32 LOS_TaskCreateOnly(UINT32 *taskID, TSK_INIT_PARAM_S *taskInitParam)；

taskID : 指针，指向线程id
taskInitParam : 新建线程的相关属性以及线程的函数入口和参数等

UINT32 LOS_TaskCreate(UINT32 *taskID, TSK_INIT_PARAM_S *taskInitParam);

taskID : 指针，指向线程id
taskInitParam : 新建线程的相关属性以及线程的函数入口和参数等

UINT32 LOS_TaskDelete(UINT32 taskID);

taskID : 指针，指向线程id

UINT32 LOS_TaskResume(UINT32 taskID);

taskID : 指针，指向线程id

UINT32 LOS_TaskSuspend(UINT32 taskID);

taskID : 指针，指向线程id

UINT32 LOS_TaskJoin(UINT32 taskID, UINTPTR *retval);

taskID : 指针，指向线程id

retval ：线程taskID结束后的返回值

UINT32 LOS_TaskDelay(UINT32 tick);

tick: 所延迟的tick时间

VOID LOS_Msleep(UINT32 mSecs);

mSecs：所延时的ms时间

UINT32 LOS_TaskYield(VOID);

VOID LOS_TaskLock(VOID);

VOID LOS_TaskUnlock(VOID);

UINT32 LOS_CurTaskPriSet(UINT16 taskPrio);

taskPrio：任务优先级

UINT32 LOS_TaskPriSet(UINT32 taskID, UINT16 taskPrio);

taskID : 指针，指向线程id

taskPrio：任务优先级

UINT16 LOS_TaskPriGet(UINT32 taskID);

taskID : 指针，指向线程id

UINT32 LOS_CurTaskIDGet(VOID);

UINT32 LOS_NextTaskIDGet(VOID);

CHAR *LOS_CurTaskNameGet(VOID);

CHAR* LOS_TaskNameGet(UINT32 taskID);

taskID : 指针，指向线程id

UINT32 LOS_TaskStatusGet(UINT32 taskID, UINT32* taskStatus);

taskID : 指针，指向线程id

taskStatus : 指向UINT32类型变量的指针, 该指针指向的变量会被设置为指定任务的状态值。

UINT32 LOS_TaskInfoGet(UINT32 taskID, TSK_INFO_S *taskInfo);

taskID : 指针，指向线程id

taskInfo : 类型为指向TSK_INFO_S结构体的指针。通过这个指针，函数会填充有关任务的各种信息。

BOOL LOS_TaskIsRunning(VOID);

标签：Openharmony,优先级,ESP32,LOS,任务,TaskHi,任务调度,UINT32
From： https://blog.csdn.net/2301_77659368/article/details/142823766

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