调度器学习笔记一：合作式调度器

逃离我推掉我的手 2022-07-14 07:52 210阅读 0赞

最近看了很多关于调度方面的文章，看的云里雾里，现整理如下，还请大神们多多指教。

目前MCU大部分是不上操作系统的，基本都是裸编。也就是说，我们自己要去管理任务的调度，举个大家常用的例子：

main()

//初始化芯片

。。。

//初始化变量，或者其他功能

while(1)

task1();

task2();

task3();

......

那么while(1)就是个最简单的调度器，切没有优先级、没有复杂的调度策略，其耗费资源少。其缺点就是，当任务多的时候，

或者某个任务执行时间长的时候，无法保证"需要及时响应的任务"，无法满足任务的“实时”要求。不过可以对任务进行改造，什么意思呢？

所有任务都是按着状态机方式编写，把长的、大的任务分解为几个小的片段，每次只执行一个片段，如：

void task(void )

switch(state\_a)

case 1:

......  
break;

case 2:

......  
break;

case 3:

......  
break;

.......

这应该就是合作式调度器一个核心思想，谁也不独占MCU，运行完一个状态就主动让出MCU。但是这种方式的状态机编程，仍然有问题，

什么问题呢？就是假如我的某个任务很复杂，状态比较多，而且状态间调转条件复杂，怎么办？

有个办法，用子状态机办法，就是我的父状态机里面嵌套子状态机，把复杂的任务分解。不过这么处理仍然有问题，就是当嵌套层数递增，所消耗的

栈也越多，同时也不利于状态复用。要解决这个问题，我感觉用指针法状态机，应该是解决本质问题的方法之一。为了引出什么是指针状态机，首先来

看一个基于时间驱动型合作式调度器的例子：

//内核数据类型  
typedefstruct\_Core\_struct\{  
  
void(\*pTask)(void);//任务指针函数  
  
\_CORE\_UWORDDelay;//任务执行间隔  
\_CORE\_UWORDPeriod;//任务循环执行间隔  
  
\_CORE\_UBYTERunMe;//任务执行标志  
  
\}Core\_Task;

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
\* Function: voidCore\_Clear\_Error(void)  
\*  
\* PreCondition: None  
\*  
\* Input: None  
\*  
\* Output: None  
\*  
\* Side Effects: None  
\*  
\* Overview: 内核任务更新函数  
\*  
\* Note: 放到心跳定时器中断中  
\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*/  
voidCore\_Update(void)  
\{  
\_CORE\_UBYTE Index;  
  
for(Index=0;Index<CORE\_MAX\_TASKS;Index++)  
\{  
if(core\_task\_data\[Index\].pTask)  
\{  
if(core\_task\_data\[Index\].Delay==0)  
\{  
core\_task\_data\[Index\].RunMe+=0x01;  
  
  
if(core\_task\_data\[Index\].Period)  
\{  
core\_task\_data\[Index\].Delay=core\_task\_data\[Index\].Period;  
\}  
\}  
else  
\{  
core\_task\_data\[Index\].Delay-=0x01;  
\}  
\}  
\}  
\}

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
\* Function: \_CORE\_BOOLCore\_User\_DelayTask  
\*  
\* PreCondition: None  
\*  
\* Input: None  
\*  
\* Output: 1：成功；0：失败  
\*  
\* Side Effects: None  
\*  
\* Overview: 内核调度函数  
\*  
\* Note: 必须在main在主循环里调用(所有任务必须都是非阻塞)  
\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*/  
voidCore\_User\_Scheduling(void)  
\{  
\_CORE\_UBYTE Index=0;  
  
  
for(Index=0;Index<CORE\_MAX\_TASKS;Index++)  
\{  
if(core\_task\_data\[Index\].RunMe)  
\{  
if(core\_task\_data\[Index\].pTask)  
\{   
(core\_task\_data\[Index\].pTask());  
\}  
  
  
core\_task\_data\[Index\].RunMe-=0x01;  
  
if(core\_task\_data\[Index\].Period==0)  
\{  
Core\_User\_DelateTask\_Index(Index);  
\}  
\}  
\}  
\}

这是一个基于时间片调度器关键性代码，Core\_Update负责刷新任务队列，Core\_User\_Scheduling负责

调度。这种调度思想非常适合做周期性任务和一次性任务。假如，有一个通信LED执行灯，当有通讯时候

闪烁，通信结束则灭。那怎么实现这个任务呢？简单通过这个调度器，无法实现。我认为可以增加message

机制，可以解决这个问题。扯远了，通过这个例子，想必大家应该知道什么是基于指针的调度了。有了这个

前提，那么我们把通过改造这个调度算法，同时把任务拆分为一个子状态，同时每个子状态就是一个函数，

就可以实现指针法调度器。

下面是一个例子，例子是从其他网站摘入的代码，如果有异议，我会删除：

//! \\brief task control block  
typedef struct \_\_task task\_t;  
  
  
//! \\brief task prototype  
typedef void\* task\_routine\_t(task\_t \*ptTask);  
/\*

typedef void\* task\_routine\_t(task\_t \*ptTask);用的时候task\_routine\_t \*fnRoutine;

typedef void\* (\*task\_routine\_t)(task\_t \*ptTask);用的时候task\_routine\_t fnRoutine;

\*/  
  
//! \\name task control block structure  
//! @\{  
struct \_\_task \{  
task\_routine\_t \*fnRoutine; //!< task routine  
bool bLocked;  
void \*pArg; //!< task argument  
\};  
//! @\}  
  
  
  
  
  
  
//! \\brief declare a task pool  
\#ifndef TASK\_POOL\_SIZE  
\#define TASK\_POOL\_SIZE 4  
\#endif  
static task\_t s\_tTaskPool\[TASK\_POOL\_SIZE\] = \{0\};  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
bool new\_task(task\_routine\_t \*fnRoutine, void \*pArg)  
\{  
uint8\_t n;  
bool bResult = false;  
if (NULL == fnRoutine) \{  
return bResult;  
\}  
  
  
//! search for free task. As shared resource involved, atom access is required.  
SAFE\_ATOM\_CODE(  
for (n = 0; n < UBOUND(s\_tTaskPool); n++) \{  
if (NULL == s\_tTaskPool\[n\].fnRoutine) \{  
s\_tTaskPool\[n\].fnRoutine = fnRoutine;  
s\_tTaskPool\[n\].pArg = pArg;  
s\_tTaskPool\[n\].bLocked = false;  
bResult = true;  
break;  
\}  
\}  
)  
  
  
return bResult;  
\}  
  
  
  
  
  
  
bool scheduler(void)  
\{  
static uint8\_t s\_tTaskCounter = 0;  
static uint8\_t s\_tFreeCounter = 0;  
task\_t \*ptTask;  
  
  
//! access shared resource, atom access is required  
SAFE\_ATOM\_CODE(  
ptTask = &s\_tTaskPool\[s\_tTaskCounter++\];  
if (s\_tTaskCounter >= UBOUND(s\_tTaskPool)) \{  
s\_tTaskCounter = 0;  
\}  
  
  
if (NULL != ptTask->fnRoutine) \{  
s\_tFreeCounter = 0;  
if (!ptTask->bLocked) \{  
ptTask->bLocked = true;  
\} else \{  
ptTask = NULL;  
\}  
\} else \{  
s\_tFreeCounter++;  
if (UBOUND(s\_tTaskPool) <= s\_tFreeCounter) \{  
s\_tFreeCounter = UBOUND(s\_tTaskPool);  
EXIT\_SAFE\_ATOM\_CODE();  
return false;  
\}  
ptTask = NULL;  
\}  
)  
  
if (NULL != ptTask) \{  
ptTask->fnRoutine = (task\_routine\_t \*)ptTask->fnRoutine(ptTask);  
SAFE\_ATOM\_CODE(  
ptTask->bLocked = false;  
)  
\}  
  
return true;  
\}  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
static void idle\_task(void)  
\{  
sleep();  
\}  
  
  
int main(void)  
\{  
...  
while(1) \{  
if (!scheduler()) \{  
//! return false means system is idle, run idle to enter sleep mode.  
idle\_task();  
\}  
\}  
  
  
return 0;  
\}  
  
  
//! the most amazing part is here  
/\*! \\note this is a simple demonstration for the fact that the scheduler can works well in  
\*! real multi-task system from a simple front/back-end system to multi-task OS environment.  
\*! Is it useful? \*^\_^\* Try to think the multi-core and multi-thread programmng model.  
\*/  
ISR(TIM0\_COMPA\_vect)  
\{  
//! 1ms compare match interrupt service routine  
  
  
//! we can call scheduler both at super loop and ISR simultaneously. this is useful!  
scheduler();  
\}  
...  
ISR(ADC\_vect)  
\{  
  
  
...  
scheduler();  
\}  
...