VxWorks任務(wù)基礎(chǔ)

1、VxWorks應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)用設(shè)計(jì)中科信軟培訓(xùn)中心四、四、VxWorks任務(wù)基礎(chǔ)任務(wù)基礎(chǔ)4.1 VxWorks的實(shí)時(shí)多任務(wù)簡(jiǎn)介l實(shí)時(shí)性使得一個(gè)控制系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)的控制。l 如果一個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是可以預(yù)測(cè)的，則它就是一個(gè)具有確定性的系統(tǒng)。l 從一個(gè)事件發(fā)生到它被響應(yīng)之間的時(shí)間稱(chēng)為L(zhǎng)atency。l 確定性響應(yīng)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能關(guān)鍵因素。4.2 VxWorks的多任務(wù)內(nèi)核lWind內(nèi)核是VxWorks中直接控制任務(wù)的部分。l 根據(jù)VxWorks的調(diào)度機(jī)制為任務(wù)分配CPU。l 使用任務(wù)控制塊(TCB)來(lái)控制任務(wù)。 每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)控制塊 TCB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義WIND_TCB在頭文件taskL

2、ib.h中。 操作系統(tǒng)關(guān)于任務(wù)的控制信息包括，狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、延時(shí)時(shí)間、斷點(diǎn)列表、出錯(cuò)狀態(tài)等。 CPU的上下文信息包括，PC、SP、CPU寄存器等。4.3 VxWorks的任務(wù)狀態(tài)l就緒態(tài)：任務(wù)正在等待CPU資源l休眠態(tài)：任務(wù)正在等待除CPU資源外的其他資源l延遲態(tài)：任務(wù)正在等待一定的時(shí)間延時(shí)l懸置態(tài)：任務(wù)無(wú)法執(zhí)行，主要是用于調(diào)試的一種狀態(tài)。4.4 任務(wù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換任務(wù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)就緒態(tài)懸置態(tài)semTake()/msgQReceive()就緒態(tài)延遲態(tài)taskDelay()就緒態(tài)休眠態(tài)taskSuspend()懸置態(tài)就緒態(tài)semGive()/msgQSend()懸置態(tài)休眠態(tài)taskSu

3、spend()延遲態(tài)就緒態(tài)Expired delay延遲態(tài)休眠態(tài)taskSuspend()休眠態(tài)就緒態(tài)taskResume()休眠態(tài)懸置態(tài)taskSuspend()休眠態(tài)延遲態(tài)taskResume()上下文切換l每當(dāng)停止執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，并有一個(gè)新的任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行，就會(huì)發(fā)生上下文的切換。l 為了對(duì)一個(gè)新任務(wù)實(shí)現(xiàn)重新調(diào)度，內(nèi)核必須做如下工作： 將目前正在執(zhí)行的任務(wù)的上下文保存進(jìn)它的TCB中； 將要執(zhí)行的任務(wù)的上下文從它的TCB中恢復(fù)。l上下文切換的速度必須非?？焓裁磿r(shí)候會(huì)發(fā)生上下文切換l任務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生同步上下文切換 任務(wù)自身發(fā)生阻塞、延時(shí)、掛起等狀態(tài)變化 當(dāng)一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)準(zhǔn)備運(yùn)行 降低任務(wù)

4、的優(yōu)先級(jí)或任務(wù)退出執(zhí)行（不常發(fā)生）l 當(dāng)有中斷ISR到來(lái)時(shí)會(huì)發(fā)生異步上下文切換 使得一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)準(zhǔn)備運(yùn)行 掛起當(dāng)前的任務(wù)或降低它的優(yōu)先級(jí)（不常發(fā)生）l 同步上下文切換比異步上下文切換要保存的寄存器少，因此切換速度快基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度l不同的應(yīng)用應(yīng)該有不同的優(yōu)先級(jí)，這一點(diǎn)應(yīng)該在CPU的分配中得到體現(xiàn)。l 搶占調(diào)度是基于任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)的選擇反應(yīng)了任務(wù)的重要性。默認(rèn)情況下相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)之間不會(huì)發(fā)生搶占l系統(tǒng)內(nèi)核一旦發(fā)現(xiàn)有一個(gè)優(yōu)先級(jí)比當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)處于Ready狀態(tài)，內(nèi)核就立即保存當(dāng)前任務(wù)的上下文切換，將當(dāng)前任務(wù)變?yōu)閜ended狀態(tài)，并切換到該高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的上下文執(zhí)行

5、。l 下列情況在任何時(shí)候會(huì)導(dǎo)致重新調(diào)度。 內(nèi)核調(diào)用（kernel calls) 中斷（例如系統(tǒng)時(shí)鐘中斷）l上下文的切換不會(huì)延遲到下一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘中斷?；谳嗈D(zhuǎn)的調(diào)度l任務(wù)間平等地占用CPU時(shí)間l輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制使得具有相同優(yōu)先級(jí)地任務(wù)公平地分享CPUl輪轉(zhuǎn)調(diào)度使用時(shí)間片來(lái)實(shí)現(xiàn)相同優(yōu)先級(jí)任務(wù)對(duì)CPU的公平分配。l時(shí)間片設(shè)置 KernelTimeSlice(ticks) (當(dāng)ticks0時(shí)，時(shí)間片設(shè)置被關(guān)閉）l 基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度總是優(yōu)先的 基于輪轉(zhuǎn)的調(diào)度僅僅用于具有相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)l 基于優(yōu)先級(jí)的重新調(diào)度可以在任何時(shí)間發(fā)生 基于輪轉(zhuǎn)的調(diào)度要以系統(tǒng)的ticks為間隔4.5 VxWorks中的任務(wù)l一個(gè)Vx

6、Works的任務(wù)包含 一個(gè)堆棧（用于存儲(chǔ)變量和傳送給程序的參數(shù)） 一個(gè)TCB（用于OS控制）l不要混淆可執(zhí)行代碼和執(zhí)行它的任務(wù) 代碼是在任務(wù)啟動(dòng)之前可以被下載的 多個(gè)任務(wù)可以執(zhí)行同樣的代碼（如printf()4.5.1創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)l為了創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，VxWorks必須 再內(nèi)存池中為任務(wù)分配Stack和TCB的存儲(chǔ)空間。taskSpawn()函數(shù)在一塊連續(xù)的空間分配這些存儲(chǔ)空間。 初始化Stack（例如為任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)有初始化值的Stack） 初始化TCB（在TCB中存儲(chǔ)函數(shù)入口點(diǎn)指針，初始化stack指針） 把任務(wù)放到Ready隊(duì)列創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)lint taskSpawn( name, prio

7、rity, options, stackSize,entryPt, arg1,arg10)Name 任務(wù)名，如果是NULL系統(tǒng)就給一個(gè)默認(rèn)的名字Priority 任務(wù)優(yōu)先級(jí)，值從0255Options 任務(wù)選項(xiàng)，如VX_UNBREAKABLEstackSize 所分配的以字節(jié)為單位的堆棧大小entryPt 開(kāi)始執(zhí)行的代碼的地址Arg1arg10 entryPt總共可以有10個(gè)參數(shù)l 如果函數(shù)執(zhí)行成功，則返回任務(wù)標(biāo)識(shí)（id），否則返回錯(cuò)誤號(hào)。l 例如 NewTid=taskSpawn(“tMyTask”,150,0,2000,myRoutine(),arg1,arg2,0,0,0,0,0,0,0

8、,0)任務(wù)標(biāo)識(shí)（task id）l內(nèi)核在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)分配給任務(wù)的l 對(duì)每個(gè)任務(wù)是唯一的l 在任務(wù)退出后可以重用l 相關(guān)的taskLib例程 taskIdSelf（） 得到調(diào)用任務(wù)的ID號(hào) taskIdListGet（） 得到所有正在執(zhí)行任務(wù)的ID號(hào)列表 taskIdVerify（） 證實(shí)任務(wù)的ID號(hào)是否有效任務(wù)名l為方便人們理解而設(shè)置 通常在開(kāi)發(fā)過(guò)程中在Shell中使用 在程序中使用task idl 為了方便起見(jiàn)，起任務(wù)名時(shí)一般以t作為開(kāi)頭；由系統(tǒng)所起的默認(rèn)的任務(wù)名為t后面帶一個(gè)順序增加的數(shù)字l 任務(wù)名不一定是唯一的（但通常都是唯一的）l 相關(guān)的taskLib例程有 taskName（） 從ti

9、d得到任務(wù)名 taskNameToId 從任務(wù)名得到tid任務(wù)優(yōu)先級(jí)l從0（最高）到255（最低）l 程序員可以動(dòng)態(tài)地對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行操作 taskPriorityGet (tid, &priority) taskPrioritySet (tid, priority) 使用這些函數(shù)會(huì)使得程序分析起來(lái)比較困難，不建議使用任務(wù)堆棧（stack）l在任務(wù)被創(chuàng)建時(shí)從系統(tǒng)內(nèi)存池中分配l 任務(wù)創(chuàng)建后堆棧的大小就固定了l 內(nèi)存在堆棧中預(yù)留了一些空間，使得實(shí)際可用的堆?？臻g比申請(qǐng)的堆?？臻g要小l 超過(guò)堆棧大小（stack crash）會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不可預(yù)見(jiàn)行為任務(wù)選項(xiàng)（options）l 在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，可以按位“與”

10、或者“或”同時(shí)使用 VX_FP_TASK 增加對(duì)浮點(diǎn)的支持 VX_NO_STACK_FILL 不使用0 xee填充stack VX_UNBREKABLE 禁止斷點(diǎn) VX_DEALLOCATE_STACK 當(dāng)任務(wù)退出時(shí)對(duì)stack和TCB進(jìn)行回收l(shuí)使用taskOptionGet()來(lái)查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的optionl使用taskOptionSet()來(lái)設(shè)置或復(fù)位option任務(wù)創(chuàng)建過(guò)程中要注意的問(wèn)題l在對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)格的代碼中，任務(wù)的創(chuàng)建過(guò)程是非常耗時(shí)的l 為了減少創(chuàng)建時(shí)間，在任務(wù)被創(chuàng)建時(shí)可以設(shè)置VX_NO_STACK_FILL選項(xiàng)l 或者在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建任務(wù)然后立即阻塞它，當(dāng)需要時(shí)再重新使得它成為就緒

11、狀態(tài)4.5.2 刪除任務(wù)ltaskDelete（tid）l 刪除一個(gè)給定的任務(wù)l 釋放TCB和stack所占空間資源回收l(shuí)資源回收必須由應(yīng)用程序自己來(lái)實(shí)現(xiàn)l只有TCB和堆棧是自動(dòng)回收的l任務(wù)應(yīng)該在退出之前進(jìn)行資源回收 釋放內(nèi)存 是否被鎖定或共享的資源 關(guān)閉打開(kāi)的文件 當(dāng)父任務(wù)退出時(shí)要?jiǎng)h除子任務(wù)任務(wù)控制（1）任務(wù)重啟 taskRestart（tid）l任務(wù)被中止執(zhí)行，并使用原來(lái)的參數(shù)、tid、和TCB重新啟動(dòng)l通常用于錯(cuò)誤恢復(fù)任務(wù)控制（2）任務(wù)掛起/恢復(fù)(suspend/resume)ltaskSuspend(tid)l 使任務(wù)不能夠執(zhí)行l(wèi) 可以被增加阻塞和睡眠狀態(tài)l 一個(gè)任務(wù)可以安全地掛起自己

12、l taskResume(tid)l 取消掛起l 通常taskSuspend()和taskResume()被用于調(diào)試和開(kāi)發(fā)的目的任務(wù)控制(3)任務(wù)睡眠（delayed）l使任務(wù)睡眠一定的系統(tǒng)時(shí)鐘周期 STATUS taskDelay（ticks）l 每隔1/7秒進(jìn)行輪詢(xún) FOREVER taskDelayed( sysClkRateGet()/7); l 使用sysClkRateSet()改變時(shí)鐘頻率4.5.3 代碼重入（Reentrancy）l代碼重載是指同一段代碼可以被多個(gè)任務(wù)調(diào)用，而且不出錯(cuò)。l 代碼內(nèi)應(yīng)該無(wú)全局變量或靜態(tài)變量；代碼不修改自身。l VxWorks使用下面的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)重入

13、動(dòng)態(tài)堆棧變量 由信號(hào)量保護(hù)的全局或靜態(tài)變量 任務(wù)變量4.5.4 任務(wù)信息（task information) ti(taskNameOrId)l該命令列出下列信息 堆棧信息 任務(wù)選項(xiàng) CPU寄存器4.5.5 任務(wù)錯(cuò)誤狀態(tài)lVxWorks使用一個(gè)全局整型變量errno來(lái)傳遞錯(cuò)誤信息。 低層程序發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并設(shè)置errno 調(diào)用程序檢查errno并發(fā)現(xiàn)被調(diào)用程序出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因l 代碼中如果要使用errno，則必須包含errno.h文件。設(shè)置errnol低層程序（被調(diào)用的程序）檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤設(shè)置errno值，并返回ERROR。STATUS myRoutine()if ( myNum MAX_NUM )errno = S_myLib_TOO_MANY_NUM)return ( ERROR）；l 如果在使用C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，就直接返回ERROR