setjmp構(gòu)建簡(jiǎn)單協(xié)作式多任務(wù)系統(tǒng)摘要討論一個(gè)利用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言庫(kù)函烽實(shí)現(xiàn)查詢式協(xié)作多任務(wù)系統(tǒng)，給出完整的內(nèi)核和樣例程序并對(duì)源代碼進(jìn)行說(shuō)明。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，只需要編寫存取堆棧指針的宏就可方便地移植到新的平臺(tái)上。文章詳述了系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，討論一些性能擴(kuò)展的方法。該內(nèi)核適用于中小規(guī)模的嵌入式軟件。關(guān)鍵詞協(xié)作式多任務(wù)語(yǔ)言引言本文介紹的是利用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的具備此特點(diǎn)的協(xié)作式多任務(wù)系統(tǒng)。從本質(zhì)上講，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)該具備按照優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度的內(nèi)核。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，搶中式的多任務(wù)某種程序上帶來(lái)了用戶程序設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)保護(hù)的困難，并且，具備搶占功能的多任務(wù)內(nèi)核設(shè)計(jì)時(shí)困難也比較多，這會(huì)增加操作系統(tǒng)自身的代碼，也使它在小資源單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用較少；而協(xié)作多任務(wù)系統(tǒng)的調(diào)度只在用戶指定的時(shí)機(jī)發(fā)生，這會(huì)大大簡(jiǎn)化內(nèi)核和用戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其本文實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)通過(guò)條件查詢來(lái)放棄，既符合傳統(tǒng)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的思維，又帶來(lái)了多任務(wù)、模塊化、可重入的編程便利。是標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)的組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)程序執(zhí)行中的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)操作。具體來(lái)說(shuō)，它可以在一個(gè)函數(shù)中使用來(lái)初始化一個(gè)全局標(biāo)號(hào)，然后只要該函數(shù)未曾返回，那么在其它任何地方都可以通過(guò)調(diào)用來(lái)跳轉(zhuǎn)到的下一條語(yǔ)句執(zhí)行。實(shí)際上，函數(shù)將發(fā)生調(diào)用處的局部環(huán)境保存在一個(gè)—的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，只要主調(diào)函數(shù)中對(duì)應(yīng)的內(nèi)存未曾釋放函數(shù)返回時(shí)局部?jī)?nèi)存就失效了，那么在調(diào)用的時(shí)候就可以根據(jù)已保存的—參數(shù)恢復(fù)到的地方執(zhí)行。我們的系統(tǒng)中就是分析了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的特點(diǎn)，以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了協(xié)作式多任務(wù)。1演示程序?yàn)榱吮阌诶斫?，首先給出多任務(wù)演示程序的源代碼。這個(gè)程序演示了協(xié)作式多任務(wù)切換、任務(wù)的動(dòng)態(tài)生成、多任務(wù)共用代碼等功能，一共使用了—初始化根任務(wù)也就是語(yǔ)言函數(shù)、—?jiǎng)?chuàng)建新任務(wù)和查詢條件這3個(gè)基本的系統(tǒng)調(diào)用。由于面向嵌入式系統(tǒng)，因而程序不會(huì)中止并且運(yùn)行中也沒(méi)有進(jìn)行任何輸出，需要借助適合的調(diào)試工具來(lái)理解多任務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行。文件清單##-1,*;2,*;;,;{;_400;_1,12,,400;_2,0,,；400;=01{==8;++++;}}1,*{;=0;!{_1,9,,400;=1;};=01{>;二055;使用函數(shù)調(diào)用在子程序中測(cè)試*；>++}}2,*{1{++>15;=0;}}{;二內(nèi)核2構(gòu)成內(nèi)核包括一個(gè)供外部用戶程序包含的頭文件-和具體實(shí)現(xiàn)的源文件-，它們提供了演示程序中用到的3個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)代碼假定了堆棧是向下增長(zhǎng)的，并且通過(guò)宏來(lái)直接操作堆棧指針。以下代碼在686、++55、7068和32四種平臺(tái)中測(cè)試過(guò)，只需在頭文件中定義相應(yīng)的平臺(tái)類型即可順利編譯。1-文件清單#*選擇86_6，86_5，—或68_*#86_6#_10{*,*;_;;*;};[_];_,;_;_*,*,,*,;#{[];!{++;>=_=0;[],1;文02-件 清單#〃-〃#86_6||86_5#__,#__,#_##_=*#_=#68_#_〃7,{〃#〃}〃#_〃{〃#〃},7〃#[_];_=1;;,;_{_;二+*-+-1;}_*,*,,*,{—>=_-1;_;_;![_]{_;[_]=；[_]=；[_]=;_++;-=+-1;}俄碼說(shuō)明任務(wù)代碼通過(guò)執(zhí)行設(shè)置本任務(wù)下次查詢時(shí)的返回點(diǎn)，然后在等待條件放棄掉跳轉(zhuǎn)到下一任務(wù)的返回點(diǎn)處執(zhí)行。如此周而復(fù)始，讓各任務(wù)都獲得輪轉(zhuǎn)運(yùn)行的機(jī)會(huì)，也要求各任務(wù)都需要主動(dòng)通過(guò)等待條件的方式放棄掉。系統(tǒng)中除了中斷服務(wù)程序之外，所有任務(wù)都是平等的，都應(yīng)該遵循同樣的規(guī)則和其它任務(wù)一起協(xié)作運(yùn)行。基本系統(tǒng)中沒(méi)有設(shè)計(jì)殺死任務(wù)的調(diào)用，這要求各任務(wù)都應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成某種形式的無(wú)限循環(huán)。任務(wù)中等待的條件可以是任務(wù)復(fù)雜的表達(dá)式或都函數(shù)調(diào)用，也可以是中斷服務(wù)程序設(shè)置的全局變量注意加定義。一般在任務(wù)執(zhí)行時(shí)會(huì)讓下次等待的條件不再滿足，避免某個(gè)任務(wù)一直霸占將系統(tǒng)餓死。在嵌入式軟件中還經(jīng)常會(huì)遇到任務(wù)定時(shí)啟動(dòng)和超時(shí)等待在操作上，在我們的系統(tǒng)中可以維護(hù)一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器，只需在適當(dāng)?shù)牡胤接涗洉r(shí)刻，然后在任務(wù)查詢條件中判斷當(dāng)前計(jì)數(shù)器和記錄時(shí)刻之間的差值就可以了。內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的代碼則相當(dāng)簡(jiǎn)法。由于主要的保護(hù)和恢復(fù)任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)的工作都由語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了，我們就只需要操縱一下堆棧指針?lè)乐共煌娜蝿?wù)使用了重疊的局部環(huán)境，這個(gè)工作在初始化和創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候通過(guò)預(yù)定義的兩個(gè)宏來(lái)實(shí)現(xiàn)。在—函數(shù)中，記錄了主任務(wù)函數(shù)保留字節(jié)堆棧后的新棧頂位置，然后在每次_時(shí)都根據(jù)要求為每個(gè)任務(wù)保留字節(jié)的堆棧并重新計(jì)算下一個(gè)。在—函數(shù)中利用了函數(shù)的返回值直接返回時(shí)為0，跳轉(zhuǎn)返回時(shí)非0，使得一方面—能正?；氐秸{(diào)用者，又讓下次輪轉(zhuǎn)到新任務(wù)時(shí)能夠找到創(chuàng)建時(shí)的入口。■中定義的使用了一個(gè)｛???0實(shí)現(xiàn)多語(yǔ)句宏的語(yǔ)言小技巧，這樣能保證在任何情況下都可以如單條語(yǔ)句一樣在源程序中使用，需要擔(dān)心多了或者少了大括弧破壞匹配之類的問(wèn)題，并且，所有的編譯器都會(huì)優(yōu)化掉這個(gè)假循環(huán)。為了盡量使程序簡(jiǎn)單并說(shuō)明問(wèn)題，以上代碼中沒(méi)有考慮中斷相關(guān)的數(shù)據(jù)保護(hù)問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)中，如果首先寫堆棧指針不能一步完成如這樣的8位機(jī)，那么，在寫操作正在進(jìn)行的時(shí)候絕對(duì)不能允許中斷；另外，在任務(wù)中查詢的條件如果和中斷有關(guān)，那么也必須考慮數(shù)據(jù)的完整性。4性能分析所有的協(xié)作式多任務(wù)系統(tǒng)中任務(wù)切換時(shí)間都和用戶代碼是否長(zhǎng)期占用、就緒時(shí)刻有關(guān)，比標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)略差的是，我們的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中不支持任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并且完成一輪查詢調(diào)度的時(shí)間還和任務(wù)數(shù)目有關(guān)。這也是為了達(dá)到簡(jiǎn)單和可移植性目標(biāo)而不得已作出的犧牲。在各任務(wù)間切換查詢條件通過(guò)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，般來(lái)講函數(shù)要從內(nèi)存中恢復(fù)大部分寄存器，執(zhí)行它也需要若干條指令的時(shí)間。為了面向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，任務(wù)控制塊采用靜態(tài)數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣要求預(yù)先確定系統(tǒng)的最大任務(wù)數(shù)■中的_。如果需要，也可以通過(guò)環(huán)波鏈表來(lái)動(dòng)態(tài)管理任務(wù)控制塊，這時(shí)可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和刪除，并且通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)也要比通過(guò)下標(biāo)略快—點(diǎn)。在某些情況下，如果在中斷返回后需要執(zhí)行某關(guān)鍵任務(wù)，可以考慮通過(guò)設(shè)置高級(jí)中斷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體地講，就是在中斷返回前改變返回地址到某函數(shù)入口高級(jí)中斷服務(wù)程序，同時(shí)保留原返回地址到堆棧中，這樣在高級(jí)中斷服務(wù)程序完成后執(zhí)行就又回到了正常的多任務(wù)查詢流程。使用高級(jí)中斷時(shí)要注意現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的銜接