（学习日记）2024.03.15：UCOSIII第十七节：任务的挂起和恢复

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  • 41

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
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2024.03.15

三十一、UCOSIII：任务的挂起和恢复

本章开始，我们让OS的任务支持挂起和恢复的功能，挂起就相当于暂停，暂停后任务从就绪列表中移除， 恢复即重新将任务插入就绪列表。
一个任务挂起多少次就要被恢复多少次才能重新运行。

1、实现任务的挂起和恢复

1. 定义任务的状态

在任务实现挂起和恢复的时候，要根据任务的状态来操作，任务的状态不同，操作也不同。
有关任务状态的宏定义在os.h中实现， 总共有9种状态

/* ---------- 任务的状态 -------*/
#define  OS_TASK_STATE_BIT_DLY               (OS_STATE)(0x01u)/*   /-------- 挂起位          */

#define  OS_TASK_STATE_BIT_PEND              (OS_STATE)(0x02u)/*   | /-----  等待位          */

#define  OS_TASK_STATE_BIT_SUSPENDED         (OS_STATE)(0x04u)/*   | | /---  延时/超时位      */

#define  OS_TASK_STATE_RDY                    (OS_STATE)(  0u)/*   0 0 0  就绪               */
#define  OS_TASK_STATE_DLY                    (OS_STATE)(  1u)/*   0 0 1  延时或者超时        */
#define  OS_TASK_STATE_PEND                   (OS_STATE)(  2u)/*   0 1 0  等待               */
#define  OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT           (OS_STATE)(  3u)/*   0 1 1  等待+超时*/
#define  OS_TASK_STATE_SUSPENDED              (OS_STATE)(  4u)/*   1 0 0  挂起               */
#define  OS_TASK_STATE_DLY_SUSPENDED          (OS_STATE)(  5u)/*   1 0 1  挂起 + 延时或者超时*/
#define  OS_TASK_STATE_PEND_SUSPENDED         (OS_STATE)(  6u)/*   1 1 0  挂起 + 等待         */
#define  OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED (OS_STATE)(  7u)/*   1 1 1  挂起 + 等待 + 超时*/
#define  OS_TASK_STATE_DEL                    (OS_STATE)(255u)

2. 修改任务控制块TCB

为了实现任务的挂起和恢复，需要先在任务控制中TCB中添加任务的状态TaskState和任务挂起计数器SusPendCtr这两个成员

struct os_tcb {
    CPU_STK         *StkPtr;
    CPU_STK_SIZE    StkSize;

    /* 任务延时周期个数 */
    OS_TICK         TaskDelayTicks;

    /* 任务优先级 */
    OS_PRIO         Prio;

    /* 就绪列表双向链表的下一个指针 */
    OS_TCB          *NextPtr;
    /* 就绪列表双向链表的前一个指针 */
    OS_TCB          *PrevPtr;

    /*时基列表相关字段*/
    OS_TCB          *TickNextPtr;
    OS_TCB          *TickPrevPtr;
    OS_TICK_SPOKE   *TickSpokePtr;

    OS_TICK         TickCtrMatch;
    OS_TICK         TickRemain;

    /* 时间片相关字段 */
    OS_TICK              TimeQuanta;
    OS_TICK              TimeQuantaCtr;

    OS_STATE             TaskState;		//(1)

#if OS_CFG_TASK_SUSPEND_EN > 0u		//(2)
    /* 任务挂起函数OSTaskSuspend()计数器 */
    OS_NESTING_CTR       SuspendCtr;		//(3)
#endif

};
  • （1）：TaskState用来表示任务的状态，在本章之前，任务出现了两种状态，一是任务刚刚创建好的时候， 处于就绪态，调用阻塞延时函数的时候处于延时态。本章要实现的是任务的挂起态，再往后的章节中还会有等待态，超时态， 删除态等。
  • （2）：任务挂起功能是可选的，通过宏OS_CFG_TASK_SUSPEND_EN来控制，该宏在os_cfg.h文件中定义。
  • （3）：任务挂起计数器，任务每被挂起一次，SuspendCtr递增一次，一个任务挂起多少次就要被恢复多少次才能重新运行。

3. 编写任务挂起和恢复函数

- OSTaskSuspend()函数
#if OS_CFG_TASK_SUSPEND_EN > 0u
void   OSTaskSuspend (OS_TCB  *p_tcb,
                    OS_ERR  *p_err)
{
    CPU_SR_ALLOC();


    #if 0/* 屏蔽开始 */    			//(1)
    #ifdef OS_SAFETY_CRITICAL
    /* 安全检查，OS_SAFETY_CRITICAL_EXCEPTION()函数需要用户自行编写 */
    if (p_err == (OS_ERR *)0)
    {
        OS_SAFETY_CRITICAL_EXCEPTION();
        return;
    }
#endif

#if OS_CFG_CALLED_FROM_ISR_CHK_EN > 0u
    /* 不能在ISR程序中调用该函数 */
    if (OSIntNestingCtr > (OS_NESTING_CTR)0)
    {
        *p_err = OS_ERR_TASK_SUSPEND_ISR;
        return;
    }
#endif

    /* 不能挂起空闲任务 */
    if (p_tcb == &OSIdleTaskTCB)
    {
        *p_err = OS_ERR_TASK_SUSPEND_IDLE;
        return;
    }

#if OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN > 0u
    /* 不能挂起中断处理任务 */
    if (p_tcb == &OSIntQTaskTCB)
    {
        *p_err = OS_ERR_TASK_SUSPEND_INT_HANDLER;
        return;
    }
#endif

#endif/* 屏蔽结束 */  		//(2)

    CPU_CRITICAL_ENTER();

    /* 是否挂起自己 */    		//(3)
    if (p_tcb == (OS_TCB *)0) {
        p_tcb = OSTCBCurPtr;
    }

    if (p_tcb == OSTCBCurPtr) {
    /* 如果调度器锁住则不能挂起自己 */
    if (OSSchedLockNestingCtr > (OS_NESTING_CTR)0) {
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            *p_err = OS_ERR_SCHED_LOCKED;
    return;
        }
    }

    *p_err = OS_ERR_NONE;

    /* 根据任务的状态来决定挂起的动作 */		//(4)
    switch (p_tcb->TaskState)
    {
        case OS_TASK_STATE_RDY:		//(5)
            OS_CRITICAL_ENTER_CPU_CRITICAL_EXIT();
            p_tcb->TaskState  =  OS_TASK_STATE_SUSPENDED;
            p_tcb->SuspendCtr = (OS_NESTING_CTR)1;
            OS_RdyListRemove(p_tcb);
            OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED();
            break;

        case OS_TASK_STATE_DLY:		//(6)
            p_tcb->TaskState  = OS_TASK_STATE_DLY_SUSPENDED;
            p_tcb->SuspendCtr = (OS_NESTING_CTR)1;
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            break;

        case OS_TASK_STATE_PEND:		//(7)
            p_tcb->TaskState  = OS_TASK_STATE_PEND_SUSPENDED;
            p_tcb->SuspendCtr = (OS_NESTING_CTR)1;
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            break;

        case OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT:		//(8)
            p_tcb->TaskState  = OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED;
            p_tcb->SuspendCtr = (OS_NESTING_CTR)1;
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            break;

        case OS_TASK_STATE_SUSPENDED:		//(9)
        case OS_TASK_STATE_DLY_SUSPENDED:
        case OS_TASK_STATE_PEND_SUSPENDED:
        case OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED:
            p_tcb->SuspendCtr++;
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            break;

        default:		//(10)
            CPU_CRITICAL_EXIT();
            *p_err = OS_ERR_STATE_INVALID;
            return;
    }

    /* 任务切换 */
    OSSched();		//(11)
}
#endif
  • （1）和（2）：这部分代码是为了程序的健壮性写的代码，即是加了各种判断， 避免用户的误操作。在μC/OS-III中，这段代码随处可见，但为了讲解方便，我们把这部分代码注释掉， 里面涉及的一些宏和函数我们均不实现，只需要了解即可，在后面的讲解中，要是出现这段代码， 我们直接删除掉，删除掉也不会影响核心功能。
  • （3）：如果任务挂起的是自己，则判断下调度器是否锁住，如果锁住则退出返回错误码，没有锁则继续往下执行。
  • （4）：根据任务的状态来决定挂起操作。
  • （5）：任务在就绪状态，则将任务的状态改为挂起态，挂起计数器置1，然后从就绪列表删除。
  • （6）：任务在延时状态，则将任务的状态改为延时加挂起态，挂起计数器置1，不用改变TCB的位置，即还是在延时的时基列表。
  • （7）：任务在等待状态，则将任务的状态改为等待加挂起态，挂起计数器置1，不用改变TCB的位置，即还是在等待列表等待。 等待列表暂时还没有实现，将会在后面的章节实现。
  • （8）：任务在等待加超时态， 则将任务的状态改为等待加超时加挂起态，挂起计数器置1，不用改变TCB的位置，即还在等待和时基这两个列表中。
  • （9）：只要有一个是挂起状态，则将挂起计数器加一操作，不用改变TCB的位置。
  • （10）：其他状态则无效，退出返回状态无效错误码。
  • （11）：任务切换。凡是涉及改变任务状态的地方，都需要进行任务切换。
- OSTaskResume()函数

OSTaskResume()函数用于恢复被挂起的函数，但是不能恢复自己，挂起倒是可以挂起自己

#if OS_CFG_TASK_SUSPEND_EN > 0u
void  OSTaskResume (OS_TCB  *p_tcb,
                    OS_ERR  *p_err)
{
    CPU_SR_ALLOC();

#if 0/* 屏蔽开始 */			//(1)
	#ifdef OS_SAFETY_CRITICAL
	/* 安全检查，OS_SAFETY_CRITICAL_EXCEPTION()函数需要用户自行编写 */
	if (p_err == (OS_ERR *)0) {
        OS_SAFETY_CRITICAL_EXCEPTION();
	return;
    }
#endif

#if OS_CFG_CALLED_FROM_ISR_CHK_EN > 0u
	/* 不能在ISR程序中调用该函数 */
	if (OSIntNestingCtr > (OS_NESTING_CTR)0) {
        *p_err = OS_ERR_TASK_RESUME_ISR;
	return;
    }
#endif


    CPU_CRITICAL_ENTER();
#if OS_CFG_ARG_CHK_EN > 0u
	/* 不能自己恢复自己 */
	if ((p_tcb == (OS_TCB *)0) ||
        (p_tcb == OSTCBCurPtr)) {
        CPU_CRITICAL_EXIT();
        *p_err = OS_ERR_TASK_RESUME_SELF;
	return;
    }
#endif

#endif/* 屏蔽结束 */			//(2)

    *p_err  = OS_ERR_NONE;
	/* 根据任务的状态来决定挂起的动作 */
	switch (p_tcb->TaskState) {			//(3)
	case OS_TASK_STATE_RDY:			//(4)
	case OS_TASK_STATE_DLY:
	case OS_TASK_STATE_PEND:
	case OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT:
	    CPU_CRITICAL_EXIT();
	    *p_err = OS_ERR_TASK_NOT_SUSPENDED;
		break;

	case OS_TASK_STATE_SUSPENDED:			//(5)
	    OS_CRITICAL_ENTER_CPU_CRITICAL_EXIT();
	    p_tcb->SuspendCtr--;
		if (p_tcb->SuspendCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {
            p_tcb->TaskState = OS_TASK_STATE_RDY;
            OS_TaskRdy(p_tcb);
        }
        OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED();
		break;

	case OS_TASK_STATE_DLY_SUSPENDED:			//(6)
	        p_tcb->SuspendCtr--;
		if (p_tcb->SuspendCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {
            p_tcb->TaskState = OS_TASK_STATE_DLY;
        }
        CPU_CRITICAL_EXIT();
		break;

	case OS_TASK_STATE_PEND_SUSPENDED:			//(7)
        p_tcb->SuspendCtr--;
	if (p_tcb->SuspendCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {
            p_tcb->TaskState = OS_TASK_STATE_PEND;
        }
        CPU_CRITICAL_EXIT();
		break;

	case OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED:			//(8)
        p_tcb->SuspendCtr--;
		if (p_tcb->SuspendCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {
            p_tcb->TaskState = OS_TASK_STATE_PEND_TIMEOUT;
        }
        CPU_CRITICAL_EXIT();
		break;

	default:			//(9)
        CPU_CRITICAL_EXIT();
        *p_err = OS_ERR_STATE_INVALID;
	return;
    }

/* 任务切换 */
    OSSched();			//(10)
}
#endif
  • （1）和（2）：这部分代码是为了程序的健壮性写的代码，即是加了各种判断，避免用户的误操作。 在μC/OS-III中，这段代码随处可见，但为了讲解方便，我们把这部分代码注释掉，里面涉及的一些宏和函数我们均不实现， 只需要了解即可，在后面的讲解中，要是出现这段代码，我们直接删除掉，删除掉也不会影响核心功能。
  • （3）：根据任务的状态来决定恢复操作。
  • （4）：只要任务没有被挂起，则退出返回任务没有被挂起的错误码。
  • （5）：任务只在挂起态， 则递减挂起计数器SuspendCtr，如果SuspendCtr等于0，则将任务的状态改为就绪态，并让任务就绪。
  • （6）：任务在延时加挂起态， 则递减挂起计数器SuspendCtr，如果SuspendCtr等于0，则将任务的状态改为延时态。
  • （7）：任务在等待加挂起态， 则递减挂起计数器SuspendCtr，如果SuspendCtr等于0，则将任务的状态改为等待态。
  • （8）：任务在等待加超时加挂起态， 则递减挂起计数器SuspendCtr，如果SuspendCtr等于0，则将任务的状态改为等待加超时态
  • （9）：其他状态则无效，退出返回状态无效错误码。
  • （10）：任务切换。凡是涉及改变任务状态的地方，都需要进行任务切换。

2、main()函数

这里，我们创建任务1、2和3，其中任务的优先级为1，任务2的优先级为2，任务3的优先级为3。
任务1将自身的flag每翻转一次后均将自己挂起， 任务2在经过两个时钟周期后将任务1恢复，任务3每隔一个时钟周期翻转一次。

int main(void)
{
    OS_ERR err;


    /* CPU初始化：1、初始化时间戳 */
    CPU_Init();

    /* 关闭中断 */
    CPU_IntDis();

    /* 配置SysTick 10ms 中断一次 */
    OS_CPU_SysTickInit (10);

    /* 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,
                (OS_PRIO       )1,
                (CPU_STK      *)&Task1Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE  )TASK1_STK_SIZE,
                (OS_TICK       )0,
                (OS_ERR       *)&err );

    OSTaskCreate( (OS_TCB       *)&Task2TCB,
                (OS_TASK_PTR   )Task2,
                (void         *)0,
                (OS_PRIO       )2,
                (CPU_STK      *)&Task2Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE  )TASK2_STK_SIZE,
                (OS_TICK       )0,
                (OS_ERR       *)&err );

    OSTaskCreate( (OS_TCB       *)&Task3TCB,
                (OS_TASK_PTR   )Task3,
                (void         *)0,
                (OS_PRIO       )3,
                (CPU_STK      *)&Task3Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE  )TASK3_STK_SIZE,
                (OS_TICK       )0,
                (OS_ERR       *)&err );

    /* 启动OS，将不再返回 */
    OSStart(&err);
}

void Task1( void *p_arg )
{
    OS_ERR err;

    for ( ;; ) {
        flag1 = 1;
        OSTaskSuspend(&Task1TCB,&err);
        flag1 = 0;
        OSTaskSuspend(&Task1TCB,&err);
    }
}

void Task2( void *p_arg )
{
    OS_ERR err;

    for ( ;; ) {
        flag2 = 1;
        OSTimeDly(1);
        //OSTaskResume(&Task1TCB,&err);
        flag2 = 0;
        OSTimeDly(1);;
        OSTaskResume(&Task1TCB,&err);
    }
}

void Task3( void *p_arg )
{
    for ( ;; ) {
        flag3 = 1;
        OSTimeDly(1);
        flag3 = 0;
        OSTimeDly(1);
    }
}

3、实验现象

进入软件调试，单击全速运行按钮就可看到实验波形，具体见图
在这里插入图片描述
可以看到任务2和任务3的波形图是一样的， 任务1的波形周期是任务2的两倍，与代码实现相符。如果想实现其他效果可自行修改代码实现。

其中，任务二与任务三是靠任务阻塞来完成延时的，只与系统时钟相关。
而任务一每次翻转都会将自己挂起，必须靠任务二将自己恢复才能继续运行。

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