任务的定义与任务切换的实现
土豆 2024/1/12 stm32
# 创建任务
# 1.定义任务栈
cpu.h中的数据定义
#ifndef CPU_H
#define CPU_H
typedef unsigned short CPU_INT16U;
typedef unsigned int CPU_INT32U;
typedef unsigned char CPU_INT08U;
typedef CPU_INT32U CPU_ADDR;
/* 堆栈数据类型重定义 */
typedef CPU_INT32U CPU_STK;
typedef CPU_ADDR CPU_STK_SIZE;
typedef volatile CPU_INT32U CPU_REG32;
#endif /* CPU_H */
app.c 中定义任务栈
// 设置任务栈大小为字节
#define TASK1_STK_SIZE 128
#define TASK2_STK_SIZE 128
// 定义任务栈
static CPU_STK Task1Stk[TASK1_STK_SIZE];
static CPU_STK Task2Stk[TASK2_STK_SIZE];
# 2.定义任务函数
app.c中定义任务函数,flag定义为了在逻辑分析仪中观察数据
/* flag 必须定义成全局变量，才能添加到逻辑分析仪中观察波形
** 在逻辑分析仪中要设置为Bit模式才能看到波形，不能使用默认的模拟量
*/
uint32_t flag1;
uint32_t flag2;
/* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{
for ( ;; ) {
flag1 = 1;
delay( 100 );
flag1 = 0;
delay( 100 );
}
}
/* 任务2 */
void Task2( void *p_arg )
{
for ( ;; ) {
flag2 = 1;
delay( 100 );
flag2 = 0;
delay( 100 );
}
}
# 3.定义任务控制块
任务控制块就相当于任务的身份证，里面存有任务的所 有信息，比如任务的堆栈，任务名称，任务的形参等。有了这个任务控制块之后，以后系 统对任务的全部操作都可以通过这个 TCB 来实现。
os.h 中定义TCP结构
// os.h
struct os_tcb
{
CPU_STK *StkPtr;
CPU_STK_SIZE StkSize;
};
typedef struct os_tcb OS_TCB;
app.c中定义任务TCP
static OS_TCB Task1TCB;
static OS_TCB Task2TCB;
# 4.实现任务创建函数
os_task.c 中定义任务创建函数
#include "os.h"
void OSTaskCreate (OS_TCB *p_tcb,
OS_TASK_PTR p_task,
void *p_arg,
CPU_STK *p_stk_base,
CPU_STK_SIZE stk_size,
OS_ERR *p_err)
{
CPU_STK *p_sp;
// 返回栈顶指针
p_sp = OSTaskStkInit (p_task,p_arg,p_stk_base,stk_size);
p_tcb->StkPtr = p_sp;
p_tcb->StkSize = stk_size;
*p_err = OS_ERR_NONE;
}
p_tcb 任务控制块
p_task 任务函数地址，要执行的函数Task1和Task2等
p_arg 任务形参
p_stk_base 任务栈起始位置,Task1Stk[0]所在地址
p_stk_base 任务栈大小
os.cup_c.c 任务初始化函数
#include "os.h"
/* 任务堆栈初始化 */
CPU_STK *OSTaskStkInit (OS_TASK_PTR p_task,
void *p_arg,
CPU_STK *p_stk_base,
CPU_STK_SIZE stk_size)
{
CPU_STK *p_stk;
p_stk = &p_stk_base[stk_size];
/* 异常发生时自动保存的寄存器 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x01000000u; /* xPSR的bit24必须置1 */
*--p_stk = (CPU_STK)p_task; /* 任务的入口地址 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x14141414u; /* R14 (LR) */
*--p_stk = (CPU_STK)0x12121212u; /* R12 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x03030303u; /* R3 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x02020202u; /* R2 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x01010101u; /* R1 */
*--p_stk = (CPU_STK)p_arg; /* R0 : 任务形参 */
/* 异常发生时需手动保存的寄存器 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x11111111u; /* R11 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x10101010u; /* R10 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x09090909u; /* R9 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x08080808u; /* R8 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x07070707u; /* R7 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x06060606u; /* R6 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x05050505u; /* R5 */
*--p_stk = (CPU_STK)0x04040404u; /* R4 */
return (p_stk);
}
栈递减的生长方向。
全局变量 OSRDYList 定义
// os_cfg.h
/* 支持最大的优先级 */
#define OS_CFG_PRIO_MAX 32u
// os.h
struct os_rdy_list
{
OS_TCB *HeadPtr;
OS_TCB *TailPtr;
};
typedef struct os_rdy_list OS_RDY_LIST;
// 外部可访问变量extern
#define OS_EXT extern
OS_EXT OS_RDY_LIST OSRdyList[OS_CFG_PRIO_MAX];
添加就绪队列
/* 将任务加入到就绪列表 */
OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;
OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;
# OS系统初始化
// cpu.h
typedef unsigned char CPU_INT08U;
// os_type.h
typedef CPU_INT08U OS_STATE;
// os.h
OS_EXT OS_TCB *OSTCBCurPtr;
OS_EXT OS_TCB *OSTCBHighRdyPtr;
OS_EXT OS_STATE OSRunning;
#define OS_STATE_OS_STOPPED (OS_STATE)(0u)
struct os_rdy_list
{
OS_TCB *HeadPtr;
OS_TCB *TailPtr;
};
typedef struct os_rdy_list OS_RDY_LIST;
os_core.c os系统初始化
#include "os.h"
/* RTOS初始化
** 初始化全局变量
*/
void OSInit (OS_ERR *p_err)
{
OSRunning = OS_STATE_OS_STOPPED;
OSTCBCurPtr = (OS_TCB *)0;
OSTCBHighRdyPtr = (OS_TCB *)0;
// 就绪队列初始化
OS_RdyListInit();
*p_err = OS_ERR_NONE;
}
/* 就绪列表初始化 */
void OS_RdyListInit(void)
{
OS_PRIO i;
OS_RDY_LIST *p_rdy_list;
for( i=0u; i<OS_CFG_PRIO_MAX; i++ )
{
p_rdy_list = &OSRdyList[i];
p_rdy_list->HeadPtr = (OS_TCB *)0;
p_rdy_list->TailPtr = (OS_TCB *)0;
}
}
# 启动系统
os_core.c 启动系统
/* 启动RTOS，将不再返回 */
void OSStart (OS_ERR *p_err)
{
if( OSRunning == OS_STATE_OS_STOPPED )
{
/* 手动配置任务1先运行 */
OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;
/* 启动任务切换，不会返回 */
OSStartHighRdy();
/* 不会运行到这里，运行到这里表示发生了致命的错误 */
*p_err = OS_ERR_FATAL_RETURN;
}
else
{
*p_err = OS_STATE_OS_RUNNING;
}
}
OSStartHighRdy() 函数
;********************************************************************************************************
; 常量
;********************************************************************************************************
;--------------------------------------------------------------------------------------------------------
;有关内核外设寄存器定义可参考官方文档：STM32F10xxx Cortex-M3 programming manual
;系统控制块外设SCB地址范围：0xE000ED00-0xE000ED3F
;--------------------------------------------------------------------------------------------------------
NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ; 中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR。
NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ; 系统优先级寄存器 SCB_SHPR3：bit16~23
NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ; PendSV 优先级的值(最低)。
NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ; 触发PendSV异常的值 Bit28：PENDSVSET。
;********************************************************************************************************
; 开始第一次上下文切换
; 1、配置PendSV异常的优先级为最低
; 2、在开始第一次上下文切换之前，设置psp=0
; 3、触发PendSV异常，开始上下文切换
;********************************************************************************************************
OSStartHighRdy
LDR R0, = NVIC_SYSPRI14 ; 设置 PendSV 异常优先级为最低
LDR R1, = NVIC_PENDSV_PRI
STRB R1, [R0]
MOVS R0, #0 ; 设置psp的值为0，开始第一次上下文切换
MSR PSP, R0
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL ; 触发PendSV异常
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0]
CPSIE I ; 开中断
OSStartHang
B OSStartHang ; 程序应永远不会运行到这里
# 任务切换
app.c任务切换OSSched()
/* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{
for( ;; )
{
flag1 = 1;
delay( 100 );
flag1 = 0;
delay( 100 );
/* 任务切换，这里是手动切换 */
OSSched();
}
}
OSSched() 任务切换
/* 任务切换，实际就是触发PendSV异常，然后在PendSV异常中进行上下文切换 */
void OSSched (void)
{
if( OSTCBCurPtr == OSRdyList[0].HeadPtr )
{
OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[1].HeadPtr;
}
else
{
OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;
}
OS_TASK_SW();
}
OS_TASK_SW() 触发中断
#ifndef NVIC_INT_CTRL
#define NVIC_INT_CTRL *((CPU_REG32 *)0xE000ED04) /* 中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR */
#endif
#ifndef NVIC_PENDSVSET
#define NVIC_PENDSVSET 0x10000000 /* 触发PendSV异常的值 Bit28：PENDSVSET */
#endif
#define OS_TASK_SW() NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET
#define OSIntCtxSw() NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET
在第28为设置为1悬起PendSV中断
PendSV中断处理函数
;********************************************************************************************************
; PendSVHandler异常
;********************************************************************************************************
PendSV_Handler
; 任务的保存，即把CPU寄存器的值存储到任务的堆栈中
CPSID I ; 关中断，NMI和HardFault除外，防止上下文切换被中断
MRS R0, PSP ; 将psp的值加载到R0
CBZ R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave ; 判断R0，如果值为0则跳转到OS_CPU_PendSVHandler_nosave
; 进行第一次任务切换的时候，R0肯定为0
; 在进入PendSV异常的时候，当前CPU的xPSR，PC（任务入口地址），R14，R12，R3，R2，R1，R0会自动存储到当前任务堆栈，同时递减PSP的值
STMDB R0!, {R4-R11} ; 手动存储CPU寄存器R4-R11的值到当前任务的堆栈
LDR R1, = OSTCBCurPtr ; 加载 OSTCBCurPtr 指针的地址到R1，这里LDR属于伪指令
LDR R1, [R1] ; 加载 OSTCBCurPtr 指针到R1，这里LDR属于ARM指令
STR R0, [R1] ; 存储R0的值到 OSTCBCurPtr->OSTCBStkPtr，这个时候R0存的是任务空闲栈的栈顶
; 任务的切换，即把下一个要运行的任务的堆栈内容加载到CPU寄存器中
OS_CPU_PendSVHandler_nosave
; OSTCBCurPtr = OSTCBHighRdyPtr;
LDR R0, = OSTCBCurPtr ; 加载 OSTCBCurPtr 指针的地址到R0，这里LDR属于伪指令
LDR R1, = OSTCBHighRdyPtr ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 指针的地址到R1，这里LDR属于伪指令
LDR R2, [R1] ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 指针到R2，这里LDR属于ARM指令
STR R2, [R0] ; 存储 OSTCBHighRdyPtr 到 OSTCBCurPtr
LDR R0, [R2] ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 到 R0
LDMIA R0!, {R4-R11} ; 加载需要手动保存的信息到CPU寄存器R4-R11
MSR PSP, R0 ; 更新PSP的值，这个时候PSP指向下一个要执行的任务的堆栈的栈底（这个栈底已经加上刚刚手动加载到CPU寄存器R4-R11的偏移）
ORR LR, LR, #0x04 ; 确保异常返回使用的堆栈指针是PSP，即LR寄存器的位2要为1
CPSIE I ; 开中断
BX LR ; 异常返回，这个时候任务堆栈中的剩下内容将会自动加载到xPSR，PC（任务入口地址），R14，R12，R3，R2，R1，R0（任务的形参）
; 同时PSP的值也将更新，即指向任务堆栈的栈顶。在STM32中，堆栈是由高地址向低地址生长的。
NOP ; 为了汇编指令对齐，不然会有警告
END ; 汇编文件结束
# main函数
#include "os.h"
#include "ARMCM3.h"
uint32_t flag1;
uint32_t flag2;
// TCB & STACK & 任务声明
#define TASK1_STK_SIZE 20
#define TASK2_STK_SIZE 20
static CPU_STK Task1Stk[TASK1_STK_SIZE];
static CPU_STK Task2Stk[TASK2_STK_SIZE];
static OS_TCB Task1TCB;
static OS_TCB Task2TCB;
void Task1( void *p_arg );
void Task2( void *p_arg );
// 函数声明
void delay(uint32_t count);
/*
************************************************************************************************************************
* main函数
************************************************************************************************************************
*/
/*
* 注意事项：1、该工程使用软件仿真，debug需选择 Ude Simulator
* 2、在Target选项卡里面把晶振Xtal(Mhz)的值改为25，默认是12，
* 改成25是为了跟system_ARMCM3.c中定义的__SYSTEM_CLOCK相同，确保仿真的时候时钟一致
*/
int main(void)
{
OS_ERR err;
/* 初始化相关的全局变量 */
OSInit(&err);
/* 创建任务 */
OSTaskCreate ((OS_TCB*) &Task1TCB,
(OS_TASK_PTR ) Task1,
(void *) 0,
(CPU_STK*) &Task1Stk[0],
(CPU_STK_SIZE) TASK1_STK_SIZE,
(OS_ERR *) &err);
OSTaskCreate ((OS_TCB*) &Task2TCB,
(OS_TASK_PTR ) Task2,
(void *) 0,
(CPU_STK*) &Task2Stk[0],
(CPU_STK_SIZE) TASK2_STK_SIZE,
(OS_ERR *) &err);
/* 将任务加入到就绪列表 */
OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;
OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;
/* 启动OS，将不再返回 */
OSStart(&err);
}
/*
************************************************************************************************************************
* 函数实现
************************************************************************************************************************
*/
/* 软件延时 */
void delay (uint32_t count)
{
for(; count!=0; count--);
}
/* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{
for( ;; )
{
flag1 = 1;
delay( 100 );
flag1 = 0;
delay( 100 );
/* 任务切换，这里是手动切换 */
OSSched();
}
}
/* 任务2 */
void Task2( void *p_arg )
{
for( ;; )
{
flag2 = 1;
delay( 100 );
flag2 = 0;
delay( 100 );
/* 任务切换，这里是手动切换 */
OSSched();
}
}