自用纯C语言实现裸机任务调度(可用于STM32、C51等单片机)

前言

  这个任务调度模块的实现是形成于毕设项目中的，用在STM32中，断断续续跨度2个月实现了一些基本功能，可能后面再做其他项目时会一点点完善起来，也会多学习相关知识来强化模块的实用性和高效性，毕竟用自己自主实现出来的功能还是蛮舒心的。

任务调度模式结构

  整体上的结构属于线性结构，结合链表和定时器来实现，我使用的是sysTick这个滴答时钟，1ms的频率，功能比较简单，容易理解。

分片

  分片的模式，主要体现在函数分片和时间分片在我之前就有使用在函数中，主要的思路是，把函数功能切片，分为几个小部分，每次执行时按次序执行小部分，对于没有时序要求的函数来说，可以把一个占用CPU大的功能分摊开来实现，从而避免有些地方耗时长的问题。对于时间分片，其实就是定时器的一种应用，实际上，函数分片在执行的时候已经是一种时间分片了，不过现在加上人为的控制在里面了。
  下面是函数分片的一般结构：

void func(char *fos,...){
    static char step=0;//顺序控制变量，自由度比较高，可乱序，可循环，可延迟执行
    switch(step){
        case 0:{
            //...
            step++;
            break;
        }
        case 1:{
            //...
            step++;
            break;
        }
        //...
        default:{
            //step++;//可以借助default实现延时的效果，即跳过几次空白step
            break;
        }

    }
    return;
}

其中添加的参数变量*fos是必要的，因为就是通过传入每个任务的这个标志位来判断是否运行结束,而其他的参数，就得基于具体任务做不一样的处理了。

轮询

• 运行框图

  可以看到这个框图是一个头尾相连的闭环结构，从头节点依次运行到尾节点后再从头循环往复执行下去。

• 轮询函数

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){
            //等待型任务，通过ready标志来确定是否执行，否则就跳过
			if(!tasknode->ready){
				if(task_curnode->next !=NULL){
					task_curnode=task_curnode->next;
					return;
				}
			}
		}
		if(tasknode->task_status==STATUS_INIT){

			tasknode->tickstart=HAL_GetTick();//获取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){
            //置位该任务绑定的等待的任务准备运行标志位，标识可以准备运行了
			tasknode->waittask->ready=1;
		}
        //运行结束就删掉该任务
		delete_task(tasknode);
	}
	else if(tasknode->task_fos==FOC_FLAG){
        //循环运行该任务
		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;
		
	}
	

}

其中有几个运行态和标志位

#define FOS_FLAG 99//运行结束标志
#define FOC_FLAG 100//运行结束后再次执行，相当于循环运行
#define TYPE_NOMAL 0//标识一般任务类型
#define TYPE_HEAD 1//标识头任务类型
#define TYPE_END 2//标识尾任务类型
#define RUN_NORMAL 0//一般轮询模式
#define RUN_FORCE 1//强制运行该任务，运行结束才继续下一个任务
#define RUN_WAIT 2//等待指定的任务结束，才可以被运行
#define STATUS_INIT 0//任务的准备阶段，用于获取起始时间
#define STATUS_RUN 1//任务运行阶段
#define STATUS_UNVAILED 2//无效状态

运行时对时间间隔tick的把握还有点问题，这个等待后面有机会优化下。

现添加如下代码优化执行间隔的问题 @6.12

void loop_add_tick(void){
	char i;
	Task_Obj *tasknode;
	tasknode = &task_headnode;
	for(i = 0;i<task_num;i++){
		tasknode = tasknode->next;
		if(tasknode->task_status == STATUS_RUN)
			tasknode->tickcnt++;
	}
}

把这段代码放在Systick中断函数中，然后修改循环调度函数中的判断执行间隔的地方。这种方式的好处是可以精细化到每一个任务的执行间隔，而不是之前只在一条时间线上，进行多个任务的时间间隔的处理，并且由于是在中断中同时在进行自增，所以减少了之前任务的额外时间消耗。

调度实现

• 任务链表结构

typedef struct TASK_CLASS{
	void (*task_name)(char *taskfos,...);//任务函数
	int task_tick;//任务的时间分片间隔
	uint32_t tickstart;//起始时间点，每次执行完须加上一个tick
	char task_fos;//运行结束标志
	char task_type;//任务类型变量
	char task_status;//任务状态
	char run_type;//运行状态
	char ready;//准备运行标志位
	struct TASK_CLASS *next;//下一任务
	struct TASK_CLASS *waittask;//等待执行的任务
} Task_Obj;

• 添加任务

  • add_task

  void add_task(void (*taskname)(char *,...),int tasktick,int runtype){//可变参,这里未做处理
  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;//获取要等待任务的位置
  		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;//任务为等待运行
  tasknode->ready=0;
  tasknode->next=&task_headnode;//the endnode point to the headnode
  
  tmpnode->waittask=tasknode;//获取新建的等待执行的任务地址，在运行结束后把等待执行的任务的准备运行标志位置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++;
  
  }
  

• 删除任务

  • delete_task(局限性大，只针对当前运行的任务而言)

  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(删除指定任务名的任务)

  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);
  }
  

• 初始化任务空间

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;//头节点是没有任务需要执行的
	task_num=0;
}

• 调用实例

add_task(task1,500,RUN_NORMAL);//500ms执行一次task1任务
add_wait_task(task1,task2,500);//task2等待task1结束才会执行，运行的时间间隔为500ms
delete_task_withname(task1);//删除task1任务

while(1){
    //...
    loop_task();//任务轮询
}

结语

  整体实现说难不难，说简单不简单，但也是我第一次尝试这种偏向系统级应用的代码，而且都没有参照任何其他的资料和代码，完全以自己的对任务的理解和具体项目的需求来一点点实现，希望后面会把这个调度的代码进一步完善成一个通用型的调度方式，也方便后面项目的使用了。