自用純C語言實現任務調度(可用於STM32、C51等單片機)

前言

  這個任務調度模塊的實現是形成於畢設項目中的，用在STM32中，斷斷續續跨度2個月實現了一些基本功能，可能後面再做其他項目時會一點點完善起來，也會多學習相關知識來強化模塊的實用性和高效性，畢竟用自己自主實現出來的功能還是蠻舒心的。

任務調度模式結構

  整體上的結構屬於線性結構，結合鏈表和定時器來實現，我使用的是sysTick這個滴答時鐘，1ms的頻率，功能比較簡單，容易理解。

分片

  分片的模式，主要體現在函數分片和時間分片在我之前就有使用在函數中，主要的思路是，把函數功能切片，分為幾個小部分，每次執行時按次序執行小部分，對於沒有時序要求的函數來說，可以把一個占用CPU大的功能分攤開來實現，從而避免有些地方耗時長的問題。對於時間分片，其實就是定時器的一種應用，實際上，函數分片在執行的時候已經是一種時間分片了，不過現在加上人為的控制在裡面了。
  下麵是函數分片的一般結構：

void func(char *fos,...){
    static char step=0;//順序控制變數，自由度比較高，可亂序，可迴圈，可延遲執行
    switch(step){
        case 0:{
            //...
            step++;
            break;
        }
        case 1:{
            //...
            step++;
            break;
        }
        //...
        default:{
            //step++;//可以藉助default實現延時的效果，即跳過幾次空白step
            break;
        }

    }
    return;
}

其中添加的參數變數*fos是必要的，因為就是通過傳入每個任務的這個標誌位來判斷是否運行結束,而其他的參數，就得基於具體任務做不一樣的處理了。

輪詢

• 運行框圖

  可以看到這個框圖是一個頭尾相連的閉環結構，從頭節點依次運行到尾節點後再從頭迴圈往複執行下去。

• 輪詢函數

void loop_task(void){
	static Task_Obj *tasknode;
	
	tasknode=task_curnode->next;//repoint the curnode to the next
	if(tasknode==NULL){//tasknode is null,only the headnode have the attr
		return;//express the task space is none
	}
	else if(tasknode->task_type==TYPE_HEAD){//tasknode is headnode
		task_curnode=tasknode;
		return;
	}
	else{
		if(tasknode->run_type == RUN_WAIT){
            //等待型任務，通過ready標誌來確定是否執行，否則就跳過
			if(!tasknode->ready){
				if(task_curnode->next !=NULL){
					task_curnode=task_curnode->next;
					return;
				}
			}
		}
		if(tasknode->task_status==STATUS_INIT){

			tasknode->tickstart=HAL_GetTick();//獲取tick
			tasknode->task_status=STATUS_RUN;

		}
		else if(tasknode->task_status==STATUS_RUN){
			if((HAL_GetTick() - tasknode->tickstart) > (uint32_t)tasknode->task_tick){
				tasknode->task_name(&(tasknode->task_fos));//run the step task,transfer the fos
				tasknode->tickstart+=(uint32_t)tasknode->task_tick;//update the tickstart
			}
		}
		
	}
	if(tasknode->task_fos==FOS_FLAG){
		
		tasknode->ready=0;
		if(tasknode->waittask!=NULL){
            //置位該任務綁定的等待的任務準備運行標誌位，標識可以準備運行了
			tasknode->waittask->ready=1;
		}
        //運行結束就刪掉該任務
		delete_task(tasknode);
	}
	else if(tasknode->task_fos==FOC_FLAG){
        //迴圈運行該任務
		tasknode->task_status=STATUS_INIT;//continue running from start
		tasknode->task_fos=0;//RESET fos
		
	}
	if(task_curnode->next !=NULL){
		if(task_curnode->next->run_type==RUN_FORCE) return;//force-type's task
		
		else task_curnode=task_curnode->next;
		
	}
	

}

其中有幾個運行態和標誌位

#define FOS_FLAG 99//運行結束標誌
#define FOC_FLAG 100//運行結束後再次執行，相當於迴圈運行
#define TYPE_NOMAL 0//標識一般任務類型
#define TYPE_HEAD 1//標識頭任務類型
#define TYPE_END 2//標識尾任務類型
#define RUN_NORMAL 0//一般輪詢模式
#define RUN_FORCE 1//強制運行該任務，運行結束才繼續下一個任務
#define RUN_WAIT 2//等待指定的任務結束，才可以被運行
#define STATUS_INIT 0//任務的準備階段，用於獲取起始時間
#define STATUS_RUN 1//任務運行階段
#define STATUS_UNVAILED 2//無效狀態

運行時對時間間隔tick的把握還有點問題，這個等待後面有機會優化下。

調度實現

• 任務鏈表結構

typedef struct TASK_CLASS{
	void (*task_name)(char *taskfos,...);//任務函數
	int task_tick;//任務的時間分片間隔
	uint32_t tickstart;//起始時間點，每次執行完須加上一個tick
	char task_fos;//運行結束標誌
	char task_type;//任務類型變數
	char task_status;//任務狀態
	char run_type;//運行狀態
	char ready;//準備運行標誌位
	struct TASK_CLASS *next;//下一任務
	struct TASK_CLASS *waittask;//等待執行的任務
} Task_Obj;

• 添加任務

  • add_task

  void add_task(void (*taskname)(char *,...),int tasktick,int runtype){//可變參,這裡未做處理
  Task_Obj *tasknode,*tmpnode;
  char i;
  
  tasknode = (Task_Obj*)malloc(sizeof(Task_Obj));
  
  tasknode->task_name=taskname;
  tasknode->task_tick=tasktick;
  tasknode->task_fos=0;
  tasknode->task_status=STATUS_INIT;//initial status
  tasknode->task_type=TYPE_END; //set the new node to endnode
  tasknode->run_type=runtype;
  tasknode->next=&task_headnode;//the endnode point to the headnode
  
  tmpnode=&task_headnode;
  if(task_num==0){
  	tmpnode->next=tasknode;
  	task_num++;
  	return;
  }
  for(i=0;i<task_num;i++){
  	tmpnode=tmpnode->next;//reach the endnode
  }
  tmpnode->task_type=TYPE_NOMAL;//turn the last endnode to the normal node
  tmpnode->next=tasknode;
  task_num++;
  }
  

  • add_wait_task

  void add_wait_task(void (*taskname)(char *),void (*waitname)(char *),int tasktick){
  Task_Obj *tmpnode,*tasknode;
  char i,pos;
  
  tmpnode=&task_headnode;
  for(i=0;i<task_num;i++){
  	tmpnode=tmpnode->next;//reach the endnode
  	if(tmpnode->task_name==taskname){
  		pos=i;//獲取要等待任務的位置
  		break;
  	}
  }
  
  tasknode = (Task_Obj*)malloc(sizeof(Task_Obj));
  
  tasknode->task_name=waitname;
  tasknode->task_tick=tasktick;
  tasknode->task_fos=0;
  tasknode->task_status=STATUS_INIT;//initial status
  tasknode->task_type=TYPE_END; //set the new node to endnode
  tasknode->run_type=RUN_WAIT;//任務為等待運行
  tasknode->ready=0;
  tasknode->next=&task_headnode;//the endnode point to the headnode
  
  tmpnode->waittask=tasknode;//獲取新建的等待執行的任務地址，在運行結束後把等待執行的任務的準備運行標誌位置1
  
  tmpnode=&task_headnode;
  if(task_num==0){
  	tmpnode->next=tasknode;
  	task_num++;
  	return;
  }
  for(i=0;i<task_num;i++){
  	tmpnode=tmpnode->next;//reach the endnode
  }
  tmpnode->task_type=TYPE_NOMAL;//turn the last endnode to the normal node
  tmpnode->next=tasknode;
  task_num++;
  
  }
  

• 刪除任務

  • delete_task(局限性大，只針對當前運行的任務而言)

  void delete_task(Task_Obj *taskobj){
  if(task_curnode->task_type==TYPE_HEAD && task_num < 2){//if curnode is headnode,and tasknum=1
  	task_curnode->next=NULL;
  }
  else{
  	task_curnode->next=taskobj->next;//repoint the curnode next
  }
  free(taskobj);//free the space of where the taskobj pointed
  
  task_num--;
  
  }
  

  • delete_task_withname(刪除指定任務名的任務)

  void delete_task_withname(void (*taskname)(char *)){
  Task_Obj *tmpnode,*tmpnode2;
  char i,pos;
  
  tmpnode=&task_headnode;
  for(i=0;i<task_num;i++){
  	tmpnode=tmpnode->next;//reach the endnode
  	if(tmpnode->task_name==taskname){
  		pos=i;
  		break;
  	}
  }
  if(i==task_num) return;
  tmpnode=&task_headnode;
  for(i=0;i<pos+1;i++){
  	tmpnode2=tmpnode;
  	tmpnode=tmpnode->next;
  }
  if(tmpnode->next==NULL){//if tmpnode is endnode
  	tmpnode2->next=&task_headnode;
  }
  else{
  	tmpnode2->next=tmpnode->next;//repoint the curnode next
  }
  task_num--;
  free(tmpnode);
  }
  

• 初始化任務空間

void non_task(char *taskfos){
	return;
}

void init_taskspace(void){
	task_headnode.task_name=non_task;
	task_headnode.task_type=TYPE_HEAD;
	task_headnode.task_status=STATUS_UNVAILED;
	task_headnode.next=NULL;
	task_curnode=&task_headnode;//頭節點是沒有任務需要執行的
	task_num=0;
}

• 調用實例

add_task(task1,500,RUN_NORMAL);//500ms執行一次task1任務
add_wait_task(task1,task2,500);//task2等待task1結束才會執行，運行的時間間隔為500ms
delete_task_withname(task1);//刪除task1任務

while(1){
    //...
    loop_task();//任務輪詢
}

結語

  整體實現說難不難，說簡單不簡單，但也是我第一次嘗試這種偏向系統級應用的代碼，而且都沒有參照任何其他的資料和代碼，完全以自己的對任務的理解和具體項目的需求來一點點實現，希望後面會把這個調度的代碼進一步完善成一個通用型的調度方式，也方便後面項目的使用了。

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