最小的多線程框架

摘要：本文介紹一種方法，在8位MCU上進行任務切換，代碼編譯后大約100字節(jié),可以代替原來的前后臺系統(tǒng)。

關鍵詞：多任務，線程，就緒，調度

引言

因為資源和成本的原因，前后臺系統(tǒng)是8位MCU上的主流，本文介紹的方法可以在8位MCU上進行任務切換，代碼編譯后大約100字節(jié)，這100字節(jié)也會從原來純前后臺系統(tǒng)改到這種框架下節(jié)約的代碼來補償，也就是說，提高了性能，而沒有增加代碼長度，同時也不需要改變原來的編程方式，只是對原有的函數(shù)進行調度。可以在1K  ROM,64BYTE的RAM上運行。   

一、調度原理：

   1、 用一個字節(jié)變量的每一位代表一個任務是否就緒，1為就緒，0為休眠。

2、 這個字節(jié)從高位到低位代表的任務，優(yōu)先級也從高到低。

3、 通過查表從就緒的任務中找出最高優(yōu)先級的任務并執(zhí)行，同時清就緒標志。

 就緒表ActObjReadySet

 位：7&  6&   5&   4&   3&   2&   1&   0 

  任務號：8&  7&   6&   5&   4&   3&   2&   1 &   

 上表表示有兩任務：任務8和任務6 就緒。

 因為8位優(yōu)先級高，我們來查表：

PRIORITY_TABLE[]= {0, 1, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4};&   

ready = ActObjReadySet;// 10100000

    if (ready != 0) {

  if ((ready & 0xF0) != 0U) {&   

  prionum = PRIORITY_TABLE[ready >> 4] + 4;

   }else{

 prionum = PRIORITY_TABLE[ready];

  }

  }

 查表結果為4 ，4+4= 8

計算結果為8,所以優(yōu)先級為8的任務先執(zhí)行，并清就緒位，完成后再次計算結果為6，優(yōu)先級為6的任務再執(zhí)行。  

  二、任務就緒方法

任務就緒是一個宏，寫成宏是因為在某一些MCU的編譯器中規(guī)定不能在中斷中調用函數(shù)。

  #define  ActObjSet(prio)  (ActObjReadySet |= (1<<(prio-1)))  //置就緒標志

  比如在定時器中讓優(yōu)先級為5的任務就緒：

   ActObjSet(5);

    實際操作為：ActObjReadySet |=0x10; (編譯成匯編代碼只一條指令)

   把就緒表的第4位置1。

  三、任務運行方法

  任務運行方法有兩種，一種是switch 一種是函數(shù)指針。

   因為有些8位機的C編譯器不支持函數(shù)指針，所以本文只介紹switch方式。（注：作者在ARM的多線程框中用的是函數(shù)指針）。

  在調度原理中我們計算出了優(yōu)先級號碼prionum

 switch(prionum){

  case 0:

    break;

    case 8://最高優(yōu)先級

   //任務8的函數(shù)放在這里

    break;

   case 7:

 //任務7的函數(shù)放在這里

  break;

    … … && 

  四、任務就緒表上電初始化：

 ActObjReadySet = 0; 在調度前把就緒表清0就可以了。

  五、完整的任務調度函數(shù)：

void ActObjScheduler(void)

{

    INT8U prionum,ready;

   prionum = 0;

  ready = ActObjReadySet;

    if (ready != 0) {

    if ((ready & 0xF0) != 0U) {//找出就緒表的最高優(yōu)先級的任務&   

    prionum = PRIORITY_TABLE[ready >> 4] + 4;

  }else{

  prionum = PRIORITY_TABLE[ready];

    }

  ready = READY_CLR_AND[prionum];

   OS_ENTER_CRITICAL();//關中斷

   ActObjReadySet &= ready;//清就緒位

   OS_EXIT_CRITICAL();//開中斷

  switch(prionum){

    case 0:  

 break;

  case 8://最高優(yōu)先級

    //任務8

    break;

    case 7:

   //任務7

    break;

   ……

   case 2:

  //任務2 

    break;

  case 1:

    //任務1

   break;

   }

     }

}

六、程序編寫方法

1、主函數(shù)

void main(void)

{

    InitialMCU();

    ActObjReadySet = 0;

    while(1){

    ActObjScheduler();

    }

}

2、中斷函數(shù)

void ISR_Timer(void)

{

    TmrCtr ++;

    if(TmrCtr > 5){//40ms

      TmrCtr = 0;

   ActObjSet(8); //讓定時執(zhí)行的任務就緒

    }

}

void ISR_AD(void)

{

   _adf    = 0;

   ADValue = _adrh;

 ActObjSet(3);//讓計算任務就緒

}

3、任務函數(shù)

 和其它函數(shù)沒有區(qū)別

 void AlarmOut()

{

    if(AlarmOutctr > 0){

    AlarmOutctr --;

  PFD_OUT = !PFD_OUT;

   TmrStart(4,15);//1s

    }else{

   ConctrolStat = END_STAT;

    PFD_OUT = 0;

    }  

}

七、使用任務調度的優(yōu)勢

1、多個線程同時就緒時，高優(yōu)先級先執(zhí)行。

2、高優(yōu)先級線程，最長等待時間是上一個正執(zhí)行線程的完成時間

  3、因為主循環(huán)時間最長時是最長線程的執(zhí)行時間，所以有些中斷中執(zhí)行的代碼可以移到任務中。

  4、可以減少條件語句。

  5、使軟件結構更合理，清晰。   

八、結語：

   本文介紹的方法在HOLTEK系列8位MCU和NXP的LPC900中有數(shù)十個項目的應用。并且在這基礎上把switch改為函數(shù)指針，加上事件隊列和事件延遲后，在LPC2000的ARM上成功應用。