小网站广告投放,网站建设与管理自考重点,网站建设开发计划,简约网站后台写在前面#xff1a; 由于时间的不足与学习的碎片化#xff0c;写博客变得有些奢侈。 但是对于记录学习#xff08;忘了以后能快速复习#xff09;的渴望一天天变得强烈。 既然如此 不如以天为单位#xff0c;以时间为顺序#xff0c;仅仅将博客当做一个知识学习的目录 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” 部分内容由于保密协议无法上传。 点击此处进入学习日记的总目录 2024.03.12 二十八、UCOSIII时基列表1、实现时基列表1. 定义时基列表变量2. 修改任务控制块TCB 2、实现时基列表相关函数1. OS_TickListInit()函数2. OS_TickListInsert()函数3. OS_TickListRemove()函数4. OS_TickListUpdate()函数 3、修改OSTimeDly()函数4、修改OSTimeTick()函数 二十八、UCOSIII时基列表
从本章开始我们在OS中加入时基列表。 时基列表是跟时间相关的处于延时的任务和等待事件有超时限制的任务都会从就绪列表中移除然后插入时基列表。 时基列表在OSTimeTick中更新如果任务的延时时间结束或者超时到期就会让任务就绪从时基列表移除插入就绪列表。
到目前为止我们在OS中只实现了两个列表一个是就绪列表一个是本章将要实现的时基列表在本章之前任务要么在就绪列表要么在时基列表。
1、实现时基列表
1. 定义时基列表变量
时基列表在代码层面上由全局数组OSCfg_TickWheel[]和全局变量OSTickCtr构成一个空的时基列表示意图见图
/* 时基列表大小在os_cfg_app.h 定义 */
#define OS_CFG_TICK_WHEEL_SIZE 17u/* 在os_cfg_app.c 定义 */
/* 时基列表 *///(1)(2)
OS_TICK_SPOKE OSCfg_TickWheel[OS_CFG_TICK_WHEEL_SIZE];
/* 时基列表大小 */
OS_OBJ_QTY const OSCfg_TickWheelSize (OS_OBJ_QTY )OS_CFG_TICK_WHEEL_SIZE;/* 在os.h中声明 */
/* 时基列表 */
extern OS_TICK_SPOKE OSCfg_TickWheel[];
/* 时基列表大小 */
extern OS_OBJ_QTY const OSCfg_TickWheelSize;/* Tick 计数器在os.h中定义 */
OS_EXT OS_TICK OSTickCtr; //(3)1OS_TICK_SPOKE为时基列表数组OSCfg_TickWheel[]的数据类型 在os.h文件定义
typedefstruct os_tick_spoke OS_TICK_SPOKE;
//在μC/OS-III中内核对象的数据类型都会用大写字母重新定义。struct os_tick_spoke {OS_TCB *FirstPtr; //时基列表OSCfg_TickWheel[]的每个成员都包含一条单向链表 被插入该条链表的TCB会按照延时时间做升序排列。FirstPtr用于指向这条单向链表的第一个节点。OS_OBJ_QTY NbrEntries; //时基列表OSCfg_TickWheel[]的每个成员都包含一条单向链表 NbrEntries表示该条单向链表当前有多少个节点。OS_OBJ_QTY NbrEntriesMax; //时基列表OSCfg_TickWheel[]的每个成员都包含一条单向链表 NbrEntriesMax记录该条单向链表最多的时候有多少个节点 在增加节点的时候会刷新在删除节点的时候不刷新。
};2OS_CFG_TICK_WHEEL_SIZE是一个宏 在os_cfg_app.h中定义用于控制时基列表的大小。 OS_CFG_TICK_WHEEL_SIZE的推荐值为任务数/4不推荐使用偶数如果算出来是偶数则加1变成质数实际上质数是一个很好的选择。3OSTickCtr为SysTick周期计数器 记录系统启动到现在或者从上一次复位到现在经过了多少个SysTick周期。
2. 修改任务控制块TCB
时基列表OSCfg_TickWheel[]的每个成员都包含一条单向链表被插入该条链表的TCB会按照延时时间做升序排列为了TCB能按照延时时间从小到大串接在一起 需要在TCB中加入几个成员
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; //(1)OS_TCB *TickPrevPtr; //(2)OS_TICK_SPOKE *TickSpokePtr; //(5)OS_TICK TickCtrMatch; //(4)OS_TICK TickRemain; //(3)
};带序号的字段可以配合上图一起理解这样会比较容易。 上图是在时基列表 OSCfg_TickWheel[]索引11这条链表里面插入了两个TCB一个需要延时1个时钟周期另外一个需要延时13个时钟周期。
1TickNextPtr用于指向链表中的下一个TCB节点。2TickPrevPtr用于指向链表中的上一个TCB节点。3TickRemain用于设置任务还需要等待多少个时钟周期每到来一个时钟周期该值会递减。4TickCtrMatch的值等于时基计数器OSTickCtr的值加上TickRemain的值 当TickCtrMatch的值等于OSTickCtr的值的时候表示等待到期TCB会从链表中删除。5每个被插入链表的TCB都包含一个字段TickSpokePtr用于回指到链表的根部。
2、实现时基列表相关函数
时基列表相关函数在os_tick.c实现在os.h中声明。
1. OS_TickListInit()函数
OS_TickListInit()函数用于初始化时基列表即将全局变量OSCfg_TickWheel[]的数据域全部初始化为0
/* 初始化时基列表的数据域 */
void OS_TickListInit (void)
{OS_TICK_SPOKE_IX i;OS_TICK_SPOKE *p_spoke;for (i 0u; i OSCfg_TickWheelSize; i) {p_spoke (OS_TICK_SPOKE *)OSCfg_TickWheel[i];p_spoke-FirstPtr (OS_TCB *)0;p_spoke-NbrEntries (OS_OBJ_QTY )0u;p_spoke-NbrEntriesMax (OS_OBJ_QTY )0u;}
}2. OS_TickListInsert()函数
OS_TickListInsert()函数用于往时基列表中插入一个任务TCB
/* 将一个任务插入时基列表根据延时时间的大小升序排列 */
void OS_TickListInsert (OS_TCB *p_tcb,OS_TICK time)
{OS_TICK_SPOKE_IX spoke;OS_TICK_SPOKE *p_spoke;OS_TCB *p_tcb0;OS_TCB *p_tcb1;p_tcb-TickCtrMatch OSTickCtr time; //(1)p_tcb-TickRemain time; //(2)spoke (OS_TICK_SPOKE_IX)(p_tcb-TickCtrMatch % OSCfg_TickWheelSize); //(3)p_spoke OSCfg_TickWheel[spoke]; //(4)/* 插入 OSCfg_TickWheel[spoke] 的第一个节点 */if (p_spoke-NbrEntries (OS_OBJ_QTY)0u) //(5){p_tcb-TickNextPtr (OS_TCB *)0;p_tcb-TickPrevPtr (OS_TCB *)0;p_spoke-FirstPtr p_tcb;p_spoke-NbrEntries (OS_OBJ_QTY)1u;}/* 如果插入的不是第一个节点则按照TickRemain大小升序排列 */else //(6){/* 获取第一个节点指针 */p_tcb1 p_spoke-FirstPtr;while (p_tcb1 ! (OS_TCB *)0){/* 计算比较节点的剩余时间 */p_tcb1-TickRemain p_tcb1-TickCtrMatch - OSTickCtr;/* 插入比较节点的后面 */if (p_tcb-TickRemain p_tcb1-TickRemain){if (p_tcb1-TickNextPtr ! (OS_TCB *)0){/* 寻找下一个比较节点 */p_tcb1 p_tcb1-TickNextPtr;}else{ /* 在最后一个节点插入 */p_tcb-TickNextPtr (OS_TCB *)0;p_tcb-TickPrevPtr p_tcb1;p_tcb1-TickNextPtr p_tcb;p_tcb1 (OS_TCB *)0; //(7)}}/* 插入比较节点的前面 */else{/* 在第一个节点插入 */if (p_tcb1-TickPrevPtr (OS_TCB *)0) {p_tcb-TickPrevPtr (OS_TCB *)0;p_tcb-TickNextPtr p_tcb1;p_tcb1-TickPrevPtr p_tcb;p_spoke-FirstPtr p_tcb;}else{/* 插入两个节点之间 */p_tcb0 p_tcb1-TickPrevPtr;p_tcb-TickPrevPtr p_tcb0;p_tcb-TickNextPtr p_tcb1;p_tcb0-TickNextPtr p_tcb;p_tcb1-TickPrevPtr p_tcb;}/* 跳出while循环 */p_tcb1 (OS_TCB *)0; //(8)}}/* 节点成功插入 */p_spoke-NbrEntries; //(9)}/* 刷新NbrEntriesMax的值 */if (p_spoke-NbrEntriesMax p_spoke-NbrEntries) //(10){p_spoke-NbrEntriesMax p_spoke-NbrEntries;}/* 任务TCB中的TickSpokePtr回指根节点 */p_tcb-TickSpokePtr p_spoke; //(11)
}1TickCtrMatch的值等于当前时基计数器的值OSTickCtr加上任务要延时的时间time time由函数形参传进来。 OSTickCtr是一个全局变量 记录的是系统自启动以来或者自上次复位以来经过了多少个SysTick周期。 OSTickCtr的值每经过一个SysTick周期其值就加一当TickCtrMatch的值与其相等时就表示任务等待时间到期。2将任务需要延时的时间time保存到TCB的TickRemain 它表示任务还需要延时多少个SysTick周期每到来一个SysTick周期TickRemain会减一。3由任务的TickCtrMatch 对时基列表的大小OSCfg_TickWheelSize进行求余操作 得出的值spoke作为时基列表OSCfg_TickWheel[]的索引。 只要是任务的TickCtrMatch对OSCfg_TickWheelSize求余后得到的值spoke相等 那么任务的TCB就会被插入OSCfg_TickWheel[spoke]下的单向链表中节点按照任务的TickCtrMatch值做升序排列。 举例在上图中时基列表OSCfg_TickWheel[]的大小OSCfg_TickWheelSize等于12 当前时基计数器OSTickCtr的值为10有三个任务分别需要延时TickTemain1、TickTemain23和TickTemain25个时钟周期 三个任务的TickRemain加上OSTickCtr可分别得出它们的TickCtrMatch等于11、23和35 这三个任务的TickCtrMatch对OSCfg_TickWheelSize求余操作后的值spoke都等于11所以这三个任务的TCB会被插入OSCfg_TickWheel[11]下的同一条链表 节点顺序根据TickCtrMatch的值做升序排列。4根据刚刚算出的索引值spoke获取到该索引值下的成员的地址 也叫根指针因为该索引下对应的成员OSCfg_TickWheel[spoke]会维护一条双向的链表。5将TCB插入链表中分两种情况第一是当前链表是空的 插入的节点将成为第一个节点这个处理非常简单第二是当前链表已经有节点。6当前的链表中已经有节点插入的时候则根据TickCtrMatch的值做升序排列 插入的时候分三种情况第一是在最后一个节点之间插入 第二是在第一个节点插入第三是在两个节点之间插入。78节点成功插入p_tcb1指针跳出while循环9节点成功插入记录当前链表节点个数的计数器NbrEntries加一。10刷新NbrEntriesMax的值,NbrEntriesMax用于记录当前链表曾经最多有多少个节点 只有在增加节点的时候才刷新在删除节点的时候是不刷新的。11任务TCB被成功插入链表TCB中的TickSpokePtr回指所在链表的根指针。
3. OS_TickListRemove()函数
OS_TickListRemove()用于从时基列表删除一个指定的TCB节点
/* 从时基列表中移除一个任务 */
void OS_TickListRemove (OS_TCB *p_tcb)
{OS_TICK_SPOKE *p_spoke;OS_TCB *p_tcb1;OS_TCB *p_tcb2;/* 获取任务TCB所在链表的根指针 */p_spoke p_tcb-TickSpokePtr; //(1)/* 确保任务在链表中 */if (p_spoke ! (OS_TICK_SPOKE *)0){/* 将剩余时间清零 */p_tcb-TickRemain (OS_TICK)0u;/* 要移除的刚好是第一个节点 */if (p_spoke-FirstPtr p_tcb) //(2){/* 更新第一个节点原来的第一个节点需要被移除 */p_tcb1 (OS_TCB *)p_tcb-TickNextPtr;p_spoke-FirstPtr p_tcb1;if (p_tcb1 ! (OS_TCB *)0){p_tcb1-TickPrevPtr (OS_TCB *)0;}}/* 要移除的不是第一个节点 */ //(3)else{/* 保存要移除的节点的前后节点的指针 */p_tcb1 p_tcb-TickPrevPtr;p_tcb2 p_tcb-TickNextPtr;/* 节点移除将节点前后的两个节点连接在一起 */p_tcb1-TickNextPtr p_tcb2;if (p_tcb2 ! (OS_TCB *)0){p_tcb2-TickPrevPtr p_tcb1;}}/* 复位任务TCB中时基列表相关的字段成员 */ //(4)p_tcb-TickNextPtr (OS_TCB *)0;p_tcb-TickPrevPtr (OS_TCB *)0;p_tcb-TickSpokePtr (OS_TICK_SPOKE *)0;p_tcb-TickCtrMatch (OS_TICK )0u;/* 节点减1 */p_spoke-NbrEntries--; //(5)}
}1获取任务TCB所在链表的根指针。2要删除的节点是链表的第一个节点这个操作很好处理只需更新下第一个节点即可。3要删除的节点不是链表的第一个节点则先保存要删除的节点的前后节点然后把这前后两个节点相连即可。4复位任务TCB中时基列表相关的字段成员。5节点删除成功链表中的节点计数器NbrEntries减一。
4. OS_TickListUpdate()函数
OS_TickListUpdate()在每个SysTick周期到来时在OSTimeTick()被调用用于更新时基计数器OSTickCtr 扫描时基列表中的任务延时是否到期
void OS_TickListUpdate (void)
{OS_TICK_SPOKE_IX spoke;OS_TICK_SPOKE *p_spoke;OS_TCB *p_tcb;OS_TCB *p_tcb_next;CPU_BOOLEAN done;CPU_SR_ALLOC();/* 进入临界段 */OS_CRITICAL_ENTER();/* 时基计数器 */OSTickCtr; //(1)spoke (OS_TICK_SPOKE_IX)(OSTickCtr % OSCfg_TickWheelSize); //(2)p_spoke OSCfg_TickWheel[spoke];p_tcb p_spoke-FirstPtr;done DEF_FALSE;while (done DEF_FALSE){if (p_tcb ! (OS_TCB *)0) //(3){p_tcb_next p_tcb-TickNextPtr;p_tcb-TickRemain p_tcb-TickCtrMatch - OSTickCtr; //(4)/* 节点延时时间到 */if (OSTickCtr p_tcb-TickCtrMatch) //(5){/* 让任务就绪 */OS_TaskRdy(p_tcb);}else //(6){/* 如果第一个节点延时期未满则退出while循环因为链表是根据升序排列的第一个节点延时期未满那后面的肯定未满 */done DEF_TRUE;}/* 如果第一个节点延时期满则继续遍历链表看看还有没有延时期满的任务如果有则让它就绪 */p_tcb p_tcb_next; //(7)}else{done DEF_TRUE; //(8)}}/* 退出临界段 */OS_CRITICAL_EXIT();
}1每到来一个SysTick时钟周期时基计数器OSTickCtr都要加一操作。2计算要扫描的时基列表的索引每次只扫描一条链表。 时基列表里面有可能有多条链表为啥只扫描其中一条链表就可以 因为任务在插入时基列表的时候 插入的索引值spoke_insert是通过TickCtrMatch对OSCfg_TickWheelSize求余得出。 现在需要扫描的索引值spoke_update是通过OSTickCtr对OSCfg_TickWheelSize求余得出 TickCtrMatch的值等于OSTickCtr加上TickRemain只有在经过TickRemain个时钟周期后 spoke_update的值才有可能等于spoke_insert。 如果算出的spoke_update小于spoke_insert 且OSCfg_TickWheel[spoke_update]下的链表的任务没有到期那后面的肯定都没有到期不用继续扫描。 举例在上图时基列表中有三个TCB 时基列表OSCfg_TickWheel[]的大小OSCfg_TickWheelSize等于12 当前时基计数器OSTickCtr的值为7有三个任务分别需要延时TickTemain16、TickTemain28和TickTemain40个时钟周期 三个任务的TickRemain加上OSTickCtr可分别得出它们的TickCtrMatch等于23、35和47 这三个任务的TickCtrMatch对OSCfg_TickWheelSize求余操作后的值spoke都等于11 所以这三个任务的TCB会被插入OSCfg_TickWheel[11]下的同一条链表节点顺序根据TickCtrMatch的值做升序排列。 当下一个SysTick时钟周期到来的时候会调用OS_TickListUpdate()函数这时OSTickCtr加一操作后等于8 对OSCfg_TickWheelSize等于12求余算得要扫描更新的索引值spoke_update等8则对OSCfg_TickWheel[8]下面的链表进行扫描 从 图时基列表中有三个TCB 可以得知8这个索引下没有节点则直接退出刚刚插入的三个TCB是在OSCfg_TickWheel[11]下的链表 根本不用扫描因为时间只是刚刚过了1个时钟周期而已远远没有达到他们需要的延时时间。 3判断链表是否为空为空则跳转到第8步骤。4链表不为空递减第一个节点的TickRemain。5判断第一个节点的延时时间是否到如果到期让任务就绪 即将任务从时基列表删除插入就绪列表这两步由函数OS_TaskRdy()来完成 该函数在os_core.c中定义具体实现见 代码清单:时基列表-8。
void OS_TaskRdy (OS_TCB *p_tcb)
{/* 从时基列表删除 */OS_TickListRemove(p_tcb);/* 插入就绪列表 */OS_RdyListInsert(p_tcb);
}6如果第一个节点延时期未满则退出while循环 因为链表是根据升序排列的第一个节点延时期未满那后面的肯定未满。7如果第一个节点延时到期则继续判断下一个节点延时是否到期。8链表为空退出扫描因为其他还没到期。
3、修改OSTimeDly()函数
加入时基列表之后OSTimeDly()函数需要被修改迭代的代码已经用条件编译屏蔽。
void OSTimeDly(OS_TICK dly)
{CPU_SR_ALLOC();/* 进入临界区 */OS_CRITICAL_ENTER();
#if 0/* 设置延时时间 */OSTCBCurPtr-TaskDelayTicks dly;/* 从就绪列表中移除 *///OS_RdyListRemove(OSTCBCurPtr);OS_PrioRemove(OSTCBCurPtr-Prio);
#endif/* 插入时基列表 */OS_TickListInsert(OSTCBCurPtr, dly);/* 从就绪列表移除 */OS_RdyListRemove(OSTCBCurPtr);/* 退出临界区 */OS_CRITICAL_EXIT();/* 任务调度 */OSSched();
}4、修改OSTimeTick()函数
加入时基列表之后OSTimeTick()函数需要被修改被迭代的代码已经用条件编译屏蔽。
void OSTimeTick (void)
{
#if 0unsigned int i;CPU_SR_ALLOC();/* 进入临界区 */OS_CRITICAL_ENTER();for (i0; iOS_CFG_PRIO_MAX; i){if (OSRdyList[i].HeadPtr-TaskDelayTicks 0){OSRdyList[i].HeadPtr-TaskDelayTicks --;if (OSRdyList[i].HeadPtr-TaskDelayTicks 0){/* 为0则表示延时时间到让任务就绪 *///OS_RdyListInsert (OSRdyList[i].HeadPtr);OS_PrioInsert(i);}}}/* 退出临界区 */OS_CRITICAL_EXIT();#endif/* 更新时基列表 */OS_TickListUpdate();/* 任务调度 */OSSched();
}
