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基于C语言构建一个独立栈协程和共享栈协程的任务调度系统

作者：大橙子疯

这篇文章主要为大家详细介绍了如何基于C语言构建一个独立栈协程和共享栈协程的任务调度系统,文中的示例代码讲解详细,需要的可以参考下

使用了标准库头文件 <setjmp.h>中的 setjmp 和 longjmp两个函数，构建了一个简单的查询式协作多任务系统，支持独立栈和共享栈两种任务。

其中涉及到获取和设置栈的地址操作，因此还需要根据不同平台提供获取和设置栈的地址操作（一般是汇编语言，因为涉及到寄存器）

该调度系统仅运行在一个实际的线程中，因此本质上属于协程

独立栈任务都有自己独立的运行栈空间，互不干扰；共享栈任务共用一个运行栈空间。

特点

无任务优先级抢占的功能。

任务切换的时机完全取决于正在运行的任务，体现协作。

支持独立栈和共享栈两种任务，根据不同的应用场景决定。

查询式的调度方式，当前任务切换时，查询下个任务是否需要执行。

移植性强，只需要修改设置栈和获取当前栈地址的宏即可。

相对于时间片论法的任务调度来说，查询式协作多任务系统有以下特点：

相对于RTOS操作系统来说，查询式协作多任务系统有以下特点：

功能设计

运行栈空间：程序运行中发生函数调用等情况需要使用的栈内存空间

独立栈任务（有栈任务）

每个独立栈任务都拥有自己独立的运行栈空间，可以随时随地阻塞等待，保存上下文后切换到下一个任务执行

独立栈任务在切换下一个任务时，不会操作运行栈，只对上下文切换

共享栈任务（无栈任务）

每个共享栈任务都没有自己独立的运行栈空间，虽然也能阻塞等待，但是仅限于在任务入口函数中使用，禁止在任务的子函数（嵌套函数）中阻塞等待；并且在该任务入口函数中不建议定义相关变量。

注：这里的共享栈任务和常规的实现有一些差异，常规的实现是使用堆申请内存保存栈的数据，用多少申请多少进行保存，而这里的实现仅仅保存了一部分数据。

任务创建

在调度系统启动前，至少要先创建一个任务，否则直接退出

可以在任务中创建新的任务，不管是独立栈任务还是共享栈任务

独立栈任务和共享栈任务一共可以创建最多32个任务（需要修改宏配置）

任务销毁

任务阻塞

当前任务阻塞提供两种方式：

使用说明

任务创建/退出

对于创建独立栈任务还是共享栈任务的示例代码：

uint8_t g_task1Stack[1024 * 2];
uint8_t g_task2Stack[1024 * 2];
uint8_t g_task3Stack[1024 * 2];

uint8_t g_sharedStack[1024 * 2];

// 执行完成就退出的任务
void taskfunc3(int arg)
{
    ...
    cotOs_Wait(1000);
    ...
    cotOs_Wait(1000);
}

void taskfunc1(int arg)
{
   /* 不管taskfunc1是独立栈任务还是共享栈任务，都支持创建子任务 */
   cotOs_CreatTask(taskfunc3, COT_OS_UNIQUE_STACK, g_task3Stack, sizeof(g_task3Stack), 0);  // 创建独立栈任务
   cotOs_CreatTask(taskfunc3, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0); // 创建共享栈任务

    while (1)
    {
        ...
        cotOs_Wait(1000);
    }
}

void taskfunc2(int arg)
{
    while (1)
    {
        ...
        cotOs_Wait(10);
    }
}

int main(void)
{
    cotOs_Init(GetTimerMs);
#if 0
    /* 创建独立栈任务 */
    cotOs_CreatTask(taskfunc1, COT_OS_UNIQUE_STACK, g_task1Stack, sizeof(g_task1Stack), 0);
    cotOs_CreatTask(taskfunc2, COT_OS_UNIQUE_STACK, g_task2Stack, sizeof(g_task2Stack), 0);
#else
    /* 创建共享栈任务 */
    cotOs_CreatTask(taskfunc1, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0);
    cotOs_CreatTask(taskfunc2, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0);
#endif
    cotOs_Start();
}

任务限制

对于创建独立栈任务还是共享栈任务，共享栈任务有限制要求，禁止在任务入口函数的嵌套函数中阻塞

uint8_t g_task1Stack[1024 * 2];
uint8_t g_sharedStack[1024 * 2];

void func1_1(void)
{
    ...
    cotOs_Wait(1000);
    ...
    cotOs_Wait(1000);
}

/* 独立栈任务 */
void taskfunc1(int arg)
{
    int arr[10];   // 可以直接定义变量使用

    while (1)
    {
        func1_1();  // 可以在嵌套函数中使用阻塞等待
        ...
        cotOs_Wait(1000);
    }
}

void func2_1(void)
{
    ...
}

/* 共享栈任务 */
void taskfunc2(int arg)
{
    static int arr[10];  // 建议使用static定义任务内变量或者不定义变量

    while (1)
    {
        func2_1();  // 禁止在嵌套函数中使用阻塞等待
        ...
        cotOs_Wait(10);
    }
}

int main(void)
{
    cotOs_Init(GetTimerMs);

    /* 创建独立栈任务 */
    cotOs_CreatTask(taskfunc1, COT_OS_UNIQUE_STACK, g_task1Stack, sizeof(g_task1Stack), 0);

    /* 创建共享栈任务 */
    cotOs_CreatTask(taskfunc2, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0);

    cotOs_Start();
}

任务阻塞/退出

通过时间和事件的方式阻塞

uint8_t g_task1Stack[1024 * 2];
uint8_t g_task2Stack[1024 * 2];
uint8_t g_task3Stack[1024 * 2];

uint8_t g_sharedStack[1024 * 2];

CotOSCondition_t g_eventCv;

// 执行完成就退出的任务
void taskfunc3(int arg)
{
    ...
    cotOs_ConditionWait(&g_eventCv);
    ...
}

void taskfunc1(int arg)
{
   cotOsTask_t task = cotOs_CreatTask(taskfunc3, COT_OS_UNIQUE_STACK, g_task3Stack, sizeof(g_task3Stack), 0);

    while (1)
    {
        ...
        cotOs_Wait(1000);

        if (...)
        {
            // 等待 taskfunc3 任务运行结束后才退出 taskfunc1
            cotOs_Join(task);
            break;
        }
    }
}

void taskfunc2(int arg)
{
    while (1)
    {
        ...
        cotOs_Wait(10);

        if (...)
        {
            cotOs_ConditionNotify(&g_eventCv);  // 通知 taskfunc3 继续执行
        }
    }
}

int main(void)
{
    cotOs_Init(GetTimerMs);
    cotOs_CreatTask(taskfunc1, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0);
    cotOs_CreatTask(taskfunc2, COT_OS_SHARED_STACK, g_sharedStack, sizeof(g_sharedStack), 0);

    cotOs_Start();
}

不同栈类型任务应用场景

独立栈任务（有栈任务）

共享栈任务（无栈任务）

代码链接

cot_os

以上就是基于C语言构建一个独立栈协程和共享栈协程的任务调度系统的详细内容，更多关于C语言任务调度系统的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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