الحقيقة الكاملة عن RTOS. المادة رقم 11. المهام: التكوين والمقدمة لواجهة برمجة التطبيقات

تم تقديم مفهوم المشكلة في المقالات السابقة. في الجوهر ، المهمة هي ببساطة مجموعة من القيم التي يمكن تحميلها في سجلات المعالج (للمهمة التي يتم تنفيذها) أو يمكن تخزينها في حالة جاهزة للتبديل السياقي إلى مهمة في المستقبل. في أغلب الأحيان ، يكون للمهمة مجموعتها الخاصة.

بالطبع ، عند استخدام جدولة Run to Completion (RTC) ، لا يتم استخدام تبديل السياق ، ويمكن اعتبار المهمة ببساطة قيمة عداد البرنامج (نقطة إدخال الرمز).

لا يتضمن تعريف المهمة الرمز نفسه. يجب أن تقوم المهمة بتنفيذ التعليمات البرمجية ، ولكنها لا تنتمي إليها. قد يكون للمهام وظائف مشتركة. علاوة على ذلك ، يمكن مشاركة جميع التعليمات البرمجية للعديد من المهام. يجب دائمًا كتابة الرمز العام وفقًا لمتطلبات إعادة الدخول. يمكن لمعظم المترجمين التعامل بسهولة مع هذا الرمز ، ولكن يجب توخي الحذر مع وظائف المكتبة ، لأنها قد لا تكون مناسبة لتطبيقات المهام المتعددة.

يملي هذا التعريف قواعد معينة يجب اتباعها عند تطوير هياكل بيانات المهام ووظائف API الموضحة في هذه المقالة. سأراجع تكوين المهام في Nucleus SE وأبدأ نظرة عامة تفصيلية على مكالمات الخدمة (مكالمات API) التي تنطبق على المهام في كل من Nucleus SE و Nucleus RTOS.

المقالات السابقة في السلسلة:
المادة رقم 10. المجدول: الميزات المتقدمة والحفاظ على السياق
المادة رقم 9. المجدول: التنفيذ
المادة رقم 8. Nucleus SE: التصميم الداخلي والنشر
المادة رقم 7. Nucleus SE: مقدمة
المادة رقم 6. خدمات RTOS الأخرى
المادة رقم 5. تفاعل المهام والمزامنة
المادة رقم 4. المهام وتبديل السياق والمقاطعات
المادة رقم 3. المهام والتخطيط
المادة رقم 2. RTOS: البنية ووضع الوقت الحقيقي
المادة رقم 1. RTOS: مقدمة.

تكوين المهام

عدد المهام

في Nucleus SE ، يكون تكوين المهام مدفوعًا بشكل أساسي بتوجيهات #define في nuse_config.h . تحدد المعلمة الرئيسية NUSE_TASK_NUMBER عدد المهام التي يمكن تكوينها في التطبيق. القيمة الافتراضية هي 1 (أي ، مهمة واحدة أثناء التنفيذ) ، والحد الأقصى لقيمة المعلمة هي 16. ستؤدي القيمة غير الصحيحة إلى خطأ في الترجمة ، والذي سيتم إنشاؤه عن طريق التحقق في nuse_config_chech.h (يتم تضمينه في nuse_config.c ، مما يعني جمعت مع هذه الوحدة) ، سيتم توجيه # خطأ . يتم استخدام هذه المعلمة لتحديد هياكل البيانات ؛ يعتمد حجمها على قيمتها.

في Nucleus SE ، باستثناء عند استخدام جدولة RTC ، من الضروري أن تكون مهمة واحدة على الأقل جاهزة دائمًا للتنفيذ. عند استخدام جدولة الأولوية ، تحتاج إلى التأكد من أن المهمة ذات الأولوية الأقل لن تكون أبدًا في حالة تعليق ، ويجب اعتبار هذه المهمة "مهمة خلفية".

على عكس بعض النوى الأخرى في الوقت الحقيقي ، لا تستخدم Nucleus SE "مهام النظام" ، مما يعني أن جميع المهام الـ 16 متاحة لرمز تطبيق المستخدم أو البرامج الوسيطة.

معلمات API

يتم تنشيط كل وظيفة API (استدعاء فائدة) في Nucleus SE بواسطة توجيه #define في nuse_config.h . بالنسبة للمهام ، هذه المعلمات هي:

• NUSE_TASK_SUSPEND
• NUSE_TASK_RESUME
• NUSE_TASK_SLEEP
• NUSE_TASK_RELINQUISH
• NUSE_TASK_CURRENT
• NUSE_TASK_CHECK_STACK
• NUSE_TASK_RESET
• NUSE_TASK_INFORMATION
• NUSE_TASK_COUNT

بشكل افتراضي ، يتم تعيين جميع المعلمات أعلاه على FALSE ، وبالتالي يتم إلغاء تنشيط كل مكالمة خدمة ومنع تضمين أي رمز يقوم بتنفيذها. لتهيئة المهام للتطبيق ، تحتاج إلى تحديد مكالمات API اللازمة وتعيين الأحرف المقابلة إلى TRUE .

ما يلي هو مقتطف لملف nuse_config.h الافتراضي.



إذا كان الرمز الخاص بك يستخدم استدعاء API لم يتم تنشيطه ، فسيظهر خطأ أثناء الربط لأنه لم يتم تضمين رمز التنفيذ في التطبيق.

المعلمات الوظيفية

يمكن لـ Nucleus SE إضافة بعض وظائف المهام. ومرة أخرى ، توجد المعلمات الضرورية في ملف nuse_config.h :

يسمح لك NUSE_SUSPEND_ENABLE بإيقاف المهام مؤقتًا. إذا لم يتم تحديد هذا الخيار ، فكل المهام تنتظر الجدولة باستمرار. مطلوب تنشيط هذه المعلمة عند استخدام جدولة الأولوية.

يتيح لك NUSE_BLOCKING_ENABLE تعليق المهام لمكالمات API متعددة الوظائف. إذا تم تنشيط هذا الخيار ، فيجب أيضًا تنشيط NUSE_SUSPEND_ENABLE .

يسمح لك NUSE_INITIAL_TASK_STATE_SUPPORT بتعيين الحالة الأولية للمهمة. إذا لم يتم تحديد هذا الخيار ، فستتم إضافة جميع المهام إلى المجدول مباشرة بعد الإنشاء.

مكالمات مهمة المنفعة

يدعم Nucleus RTOS 16 مكالمة خدمة (APIs) للعمل مع المهام التي توفر الوظائف التالية:

الوصف الوظيفي	Nucleus RTOS	Nucleus SE
أوقف المهمة مؤقتًا	NU_Suspend_Task ()	NUSE_Task_Suspend ()
استئناف المهمة	NU_Resume_Task ()	NUSE_Task_Resume ()
أوقف مهمة معينة الفترة	NU_Sleep ()	NUSE_Task_Sleep ()
إصدار التحكم في وحدة المعالجة المركزية	NU_Relinquish ()	NUSE_Task_Relinquish ()
الحصول على معرف المهمة الحالية	NU_Current_Task_Pointer ()	NUSE_Task_Current ()
التحقق من حجم المكدس المتاح	NU_Check_Stack ()	NUSE_Task_Check_Stack ()
إعادة المهمة إلى غير المستخدمة الدولة (إعادة)	NU_Reset_Task ()	NUSE_Task_Reset ()
توفير معلومات حول مهمة معينة	NU_Task_Information ()	NUSE_Task_Information ()
الحصول على عداد تكوين المهام (في الوقت الحالي) في التطبيق	NU_Established_Tasks ()	NUSE_Task_Count ()
إضافة مهمة جديدة إلى التطبيق (الإنشاء)	NU_Create_Task ()	لم ينفذ.
إزالة مهمة من التطبيق	NU_Delete_Task ()	لم ينفذ.
إعادة المؤشرات إلى جميع المهام في التطبيق	NU_Task_Pointers ()	لم ينفذ.
تغيير خوارزمية البثق	NU_Change_Preemption ()	لم ينفذ.
تغيير أولوية المهمة	NU_Change_Priority ()	لم ينفذ.
تغيير كم الوقت للمهمة	NU_Change_Time_Slice ()	لم ينفذ.
إتمام المهمة	NU_Terminate_Task ()	لم ينفذ.

تمت مناقشة تنفيذ كل من مكالمات الخدمة المذكورة أعلاه بالتفصيل أدناه ، وكذلك في المقالات التالية على RTOS.

خدمات إدارة المهام

العمليات الأساسية مع المهام: إيقاف مهمة مؤقتًا لفترة غير محددة ، واستئناف ، وإيقاف مهمة مؤقتًا لفترة محددة ، وتحرير المعالج. يوفر Nucleus RTOS و Nucleus SE أربع مكالمات API أساسية لإجراء هذه العمليات ، والتي سأصفها أدناه.

أوقف المهمة مؤقتًا

يوفر Nucleus PLUS مكالمة API بسيطة تسمح لك بإيقاف مهمة محددة مؤقتًا إلى أجل غير مسمى. لدى Nucleus SE مكالمة مكتبية بوظائف مماثلة.

تعليق المهمة في Nucleus RTOS
النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
STATUS NU_Suspend_Task (مهمة NU_TASK *) ؛

معلمات:
مهمة - مؤشر إلى وحدة التحكم للمهمة المتوقفة مؤقتًا (والتي قد تكون حديثة ، ويمكن الحصول على معرفها باستخدام NU_Current_Task_Pointer () ، المزيد في المقالة التالية).

القيمة المعادة:
NU_SUCCESS - تم إكمال المكالمة بنجاح ؛
NU_INVALID_TASK - مؤشر غير صالح للمهمة ؛
NU_INVALID_SUSPEND - المهمة المحددة لها الحالة NU_FINISHED أو NU_TERMINATED .

توقف مهمة التحدي مؤقتًا في Nucleus SE
يدعم اتصال API هذا الوظائف الأساسية لـ Nucleus PLUS API.

النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
STATUS NUSE_Task_Suspend (مهمة NUSE_TASK) ؛

معلمات:
مهمة - فهرس (معرف) المهمة المتوقفة مؤقتًا (والتي يمكن أن تكون حديثة ، ويمكن الحصول على معرفها باستخدام NUSE_Task_Current () - المزيد في المقالة التالية).

القيمة المعادة:
NUSE_SUCCESS - تم إكمال المكالمة بنجاح ؛
NUSE_INVALID_TASK - فهرس مهمة غير صالح.

تنفيذ تعليق المهمة في Nucleus SE
الوظيفة الرئيسية لوظيفة API بسيطة للغاية:



في الواقع ، في هذا التطبيق ، يتم استدعاء دالة جدولة NUSE_Suspend_Task () مع المعلمة "إيقاف غير مشروط" ( NUSE_PURE_SUSPEND ). تستدعي هذه الوظيفة المجدول إذا كانت المهمة المتوقفة مؤقتًا مستمرة.

استئناف المهمة

يوفر Nucleus RTOS مكالمة API بسيطة تسمح لك باستئناف مهمة تم إيقافها مؤقتًا إلى أجل غير مسمى. لدى Nucleus SE مكالمة مكتبية بوظائف مماثلة.

مهمة استئناف التحدي في Nucleus RTOS
النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
STATUS NU_Resume_Task (مهمة NU_TASK *) ؛

معلمات:
مهمة - مؤشر إلى وحدة التحكم للمهمة المتجددة.

القيمة المعادة:
NUSE_SUCCESS - تم إكمال المكالمة بنجاح ؛
NUSE_INVALID_TASK - مؤشر غير صالح للمهمة ؛
NUSE_INVALID_RESUME - لم يتم تعليق المهمة دون قيد أو شرط.

تحدي استئناف المهام في Nucleus SE
يدعم اتصال API هذا الوظائف الأساسية لـ Nucleus RTOS API.

النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
STATUS NUSE_Task_ استئناف (NUSE_TASK مهمة) ؛

معلمات:
مهمة - فهرس (معرف) المهمة المجددة.

القيمة المعادة:
NUSE_SUCCESS - تم إكمال المكالمة بنجاح ؛
NUSE_INVALID_TASK - فهرس مهمة غير صالح ؛
NUSE_INVALID_RESUME - لم يتم تعليق المهمة دون قيد أو شرط.

تنفيذ مهام السيرة الذاتية في Nucleus SE
الوظيفة الرئيسية لوظيفة API بسيطة للغاية:



في الواقع ، يتم استدعاء دالة جدولة NUSE_Wake_Task () في هذا التطبيق. تستدعي هذه الوظيفة المجدول إذا تم استخدام جدولة الأولوية ، وكانت المهمة المُجددة لها أولوية أعلى من المهمة الحالية.

إيقاف المهمة مؤقتًا لفترة زمنية محددة

يوفر Nucleus RTOS مكالمة API بسيطة لإيقاف المهمة الحالية مؤقتًا لفترة زمنية محددة. لدى Nucleus SE مكالمة مكتبية بوظائف مماثلة.

اتصل بتعليق المهام لفترة زمنية محددة من Nucleus RTOS
النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
VOID NU_Sleep (علامات غير موقعة) ؛

معلمات:
القراد - الفترة الزمنية التي يجب تعليق المهمة فيها (في علامات الساعة في الوقت الحقيقي).

القيمة المعادة:
لا.

تحدي مهمة توقف مؤقتًا لفترة زمنية محددة Nucleus SE
يدعم اتصال API هذا الوظائف الأساسية لـ Nucleus RTOS API.

النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
إفراغ NUSE_Task_Sleep (علامات U16) ؛

معلمات:
القراد - الفترة الزمنية التي يجب تعليق المهمة فيها (في علامات الساعة في الوقت الحقيقي).

القيمة المعادة:
لا.

تنفيذ تعليق مهمة لفترة محددة من الوقت في Nucleus SE
الوظيفة الرئيسية لوظيفة API بسيطة للغاية:



يحمّل هذا الرمز قيمة التأخير في معلمة المهمة الحالية في NUSE_Task_Timeout_Counter [] . بعد ذلك ، يتم إيقاف المهمة مؤقتًا باستخدام NUSE_Suspend_Task () مع فترة التعليق ( NUSE_SLEEP_SUSPEND ).

يتم استخدام قيمة المهلة بواسطة معالج المقاطعة على مدار الساعة في الوقت الحقيقي. يظهر الرمز أدناه وسيتم مناقشته بمزيد من التفصيل في مقال لاحق.

إصدار وحدة المعالجة المركزية

يوفر Nucleus PLUS مكالمة API بسيطة لتمكين نقل التحكم في المعالج إلى أي من المهام الجاهزة للتنفيذ بنفس الأولوية بناءً على خوارزمية Round Robin. يحتوي Nucleus SE على مكالمة مكتبية ذات وظائف مشابهة جدًا. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامه مع "جدولة الأولوية" ، نظرًا لأن العديد من المهام بنفس الأولوية غير مدعومة. ستؤدي محاولة استخدام استدعاء API هذا مع برنامج جدولة الأولوية إلى حدوث خطأ. تعمل مكالمة الأداة المساعدة مع برامج جدولة Round Robin و Time Slice ؛ ومع جدولة Run To Complete ، فإن استدعاء API هذا غير فعال.

نداء الإفراج عن معالج Nucleus RTOS
يدعم اتصال API هذا الوظائف الأساسية لـ Nucleus PLUS API.

النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
VOID NU_Relinquish (VOID) ،

معلمات:
غائبون.

القيمة المعادة:
لا.

نداء الإفراج عن معالج SE Nucleus
يدعم اتصال API هذا الوظائف الأساسية لـ Nucleus PLUS API.

النموذج الأولي لمكالمة الخدمة:
باطل NUSE_Task_Relinquish (باطل) ؛

معلمات:
غائبون.

القيمة المعادة:
لا.

تنفيذ إصدار معالج Nucleus SE
الوظيفة الرئيسية لوظيفة API:



بشكل أساسي ، يستدعي هذا التطبيق دالة جدولة NUSE_Reschedule () . هذه الوظيفة تخبر المجدول ببساطة بإكمال المهمة التالية.

ستستمر المادتان التاليتان في مراجعة مكالمات الأداة المساعدة RTOS ذات الصلة بالمهمة باستخدام أمثلة Nucleus RTOS و Nucleus SE.

نبذة عن الكاتب: يعمل Colin Walls في صناعة الإلكترونيات لأكثر من ثلاثين عامًا ، ويكرس معظم وقته للبرامج الثابتة. وهو الآن مهندس برامج ثابتة في Mentor Embedded (قسم من Mentor Graphics). غالبًا ما يتحدث كولين وولز في المؤتمرات والندوات ، مؤلف العديد من المقالات الفنية وكتابين عن البرامج الثابتة. يعيش في المملكة المتحدة. مدونة كولين المهنية ، البريد الإلكتروني: colin_walls@mentor.com.

حول الترجمة: بدت هذه السلسلة من المقالات مثيرة للاهتمام من حيث أنه على الرغم من الأساليب الموصوفة التي عفا عليها الزمن في بعض الأماكن ، يقدم المؤلف القارئ غير المدرب جيدًا على ميزات نظام التشغيل في الوقت الفعلي. أنا شخصياً أنتمي إلى فريق مبدعي RTOS الروسي ، الذي نعتزم إطلاقه مجانًا ، وآمل أن تكون الدورة مفيدة للمطورين المبتدئين.