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最小的多线程框架
摘要：本文介绍一种方法，在8位MCU上进行任务切换，代码编译后大约100字节,可以代替原来的前后台系统。
关键词：多任务，线程，就绪，调度
引言
因为资源和成本的原因，前后台系统是8位MCU上的主流，本文介绍的方法可以在8位MCU上进行任务切换，代码编译后大约100字节，这100字节也会从原来纯前后台系统改到这种框架下节约的代码来补偿，也就是说，提高了性能，而没有增加代码长度，同时也不需要改变原来的编程方式，只是对原有的函数进行调度。可以在1K ROM,64BYTE的RAM上运行。
一、调度原理：
1、 用一个字节变量的每一位代表一个任务是否就绪，1为就绪，0为休眠。
2、 这个字节从高位到低位代表的任务，优先级也从高到低。
3、 通过查表从就绪的任务中找出最高优先级的任务并执行，同时清就绪标志。
就绪表ActObjReadySet
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
位：7 6 5 4 3 2 1 0
任务号：8 7 6 5 4 3 2 1
上表表示有两任务：任务8和任务6 就绪。
因为8位优先级高，我们来查表：
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];
}
}
查表结果为4 ，4+4= 8
计算结果为8,所以优先级为8的任务先执行，并清就绪位，完成后再次计算结果为6，优先级为6的任务再执行。
二、任务就绪方法
任务就绪是一个宏，写成宏是因为在某一些MCU的编译器中规定不能在中断中调用函数。
#define ActObjSet(prio) (ActObjReadySet |= (1<<(prio-1))) //置就绪标志
比如在定时器中让优先级为5的任务就绪：
ActObjSet(5);
实际操作为：ActObjReadySet |=0x10; (编译成汇编代码只一条指令)
把就绪表的第4位置1。
三、任务运行方法
任务运行方法有两种，一种是switch 一种是函数指针。
因为有些8位机的C编译器不支持函数指针，所以本文只介绍switch方式。（注：作者在ARM的多线程框中用的是函数指针）。
在调度原理中我们计算出了优先级号码prionum
switch(prionum){
case 0:
break;
case 8://最高优先级
//任务8的函数放在这里
break;
case 7:
//任务7的函数放在这里
break;
… …
四、任务就绪表上电初始化：
ActObjReadySet = 0; 在调度前把就绪表清0就可以了。
五、完整的任务调度函数：
void ActObjScheduler(void)
{
INT8U prionum,ready;
prionum = 0;
ready = ActObjReadySet;
if (ready != 0) {
if ((ready & 0xF0) != 0U) {//找出就绪表的最高优先级的任务
prionum = PRIORITY_TABLE[ready >> 4] + 4;
}else{
prionum = PRIORITY_TABLE[ready];
}
ready = READY_CLR_AND[prionum];
OS_ENTER_CRITICAL();//关中断
ActObjReadySet &= ready;//清就绪位
OS_EXIT_CRITICAL();//开中断
switch(prionum){
case 0:
break;
case 8://最高优先级
//任务8
break;
case 7:
//任务7
break;
……
case 2:
//任务2
break;
case 1:
//任务1
break;
}
}
}
六、程序编写方法
1、主函数
void main(void)
{
InitialMCU();
ActObjReadySet = 0;
while(1){
ActObjScheduler();
}
}
2、中断函数
void ISR_Timer(void)
{
TmrCtr ++;
if(TmrCtr > 5){//40ms
TmrCtr = 0;
ActObjSet(8); //让定时执行的任务就绪
}
}
void ISR_AD(void)
{
_adf = 0;
ADValue = _adrh;
ActObjSet(3);//让计算任务就绪
}
3、任务函数
和其它函数没有区别
void AlarmOut()
{
if(AlarmOutctr > 0){
AlarmOutctr --;
PFD_OUT = !PFD_OUT;
TmrStart(4,15);//1s
}else{
ConctrolStat = END_STAT;
PFD_OUT = 0;
}
}
七、使用任务调度的优势
1、多个线程同时就绪时，高优先级先执行。
2、高优先级线程，最长等待时间是上一个正执行线程的完成时间
3、因为主循环时间最长时是最长线程的执行时间，所以有些中断中执行的代码可以移到任务中。
4、可以减少条件语句。
5、使软件结构更合理，清晰。
八、结语：
本文介绍的方法在HOLTEK系列8位MCU和NXP的LPC900中有数十个项目的应用。并且在这基础上把switch改为函数指针，加上事件队列和事件延迟后，在LPC2000的ARM上成功应用。
注：本文中任务和线程等同。
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