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任务管理
任务机制
任务（task）是XiUOS中处理器使用权分配的最小单位。每个任务有自己的程序栈与寄存器上下文，在多处理器平台上可以互不干扰地同时运行，但单个处理器上任意时刻只能有一个任务在运行。用户可以使用XiUOS提供的接口创建任意数量的任务。内核会对系统中的所有任务按照一定策略（抢占式优先级或先来先服务）进行调度，以最大限度地利用处理器资源。用户可以使用XiUOS提供的接口创建任意数量的任务。
任务状态
系统中的任务在任意时刻都处于就绪（ready）、运行（running）、阻塞/挂起（suspend）、退出（quit）四种状态之一。状态之间的变化关系如下图所示。
任务在创建完成后会进入就绪状态并被加入就绪队列等待内核调度。当任务被调度开始运行时，任务会进入运行状态。若任务在运行过程中被更高优先级的任务抢占，则被抢占的任务会回到就绪队列并再次进入就绪状态。当任务在运行过程中申请资源失败时，任务会被挂起并进入挂起状态，并在所申请资源能够被满足时回到就绪状态。当任务执行完成，即从入口函数返回时，会进入终止状态，并由内核回收其相关资源。
任务调度
任务调度即从系统就绪队列中按一定策略选择任务，使其进入运行状态的过程。XiUOS支持以下调度方式：
- 抢占式优先级调度：在创建任务时可以指定任务的优先级，内核总是选取就绪队列中优先级最高的任务。当新创建的任务优先级高于正在运行的任务的优先级时，当前运行的任务会被抢占。若就绪队列中最高优先级任务有多个，则这些任务会按时间片轮转交替运行。
- 先来先服务（FIFO）调度：任务按照被创建的顺序依次被执行。当一个任务运行完成后，系统才会让下一个任务开始运行。
- 时间片轮转（RR）调度：任务按照分配的时间片执行，时间片结束，调度一个新的就绪任务执行，当前任务重新就绪，等待下一次的调度。
任务结构定义
每个任务在内核中由一个task_descriptor结构表示，二者一一对应。
struct task_descriptor
{
void *stack_pointer;
struct dync_sched_member dync_sched_member_x;
struct t_baseinfo t_baseinfo_x;
#ifdef XS_USING_SMP
struct smp_info smp_info_x;
#endif
#if defined(XS_USING_EVENT)
xs_uint32 event_ctrl1:3;
xs_uint32 event_ctrl2:29;
#endif
xs_err_t error;
XS_DOUBLE_LINKLIST link;
};
其中stack_pointer成员表示该任务的栈的起始地址，dync_sched_member_x成员包含与任务调度相关的信息，t_baseinfo_x包含任务的基本信息，smp_info_x包含与多处理器相关的信息，event_ctrl1/event_ctrl2用于实现事件集机制（见任务间通信部分文档），error为任务调用内核接口时最近的错误码，link用于将系统中的所有任务组织成一个双链表。各复合成员的详细定义如下：
struct task_baseinfo {
char name[XS_NAME_MAX];
void *func_entry;
void *func_param;
xs_uint32 stack_size;
xs_uint8 origin_prio;
};
struct task_baseinfo结构记录了任务的基本属性，包括任务的名称（name）、入口函数和参数（func_entry、func_param）、栈大小（stack_size）、优先级（origin_prio）。
struct dync_sched_member {
xs_uint8 stat;
xs_uint8 advance_cnt;
xs_uint8 cur_prio;
xs_ubase origin_timeslice;
xs_ubase rest_timeslice;
#ifdef XS_USING_TASK_ISOLATION
xs_uint8 isolation_flag;
void *isolation;
#endif
union {
XS_DOUBLE_LINKLIST sched_link;
XS_AVL sched_avl;
}
XS_DOUBLE_LINKLIST pend_link;
xs_Timer_t task_timer;
};
#define XS_SUSPEND ((1) << (0))
#define XS_READY ((1) << (1))
#define XS_RUNNING ((1) << (2))
#define XS_QUIT ((1) << (3))
struct dync_sched_member结构的成员用于记录与调度相关的信息。stat表示任务的当前状态，可以为挂起（XS_SUSPEND）、就绪（XS_READY）、运行（XS_RUNNING）或退出（XS_QUIT）。advance_cnt表示在配置成短作业预先调度时优先处理的时间片周期个数。cur_prio表示任务当前的优先级：为防止出现优先级反转，该优先级可以高于任务创建时配置的优先级。origin_timeslice表示在时间片轮转调度中该任务每次运行的时间片。地址空间隔离信息（isolation_flag变量和指针isolation）。sched_link、sched_avl构成的联合体为就绪队列节点，XiUOS中就绪队列可以配置为双链表（sched_link）或AVL树（sched_avl）。pend_link为任务挂起时使用的等待队列节点。task_timer用于任务睡眠的计时。
struct smp_info {
xs_uint8 combined_coreid;
xs_uint8 running_coreid;
};
struct smp_info结构包含多处理器相关的信息，其成员分别表示该任务绑定的CPU ID与正在运行的CPU ID。
任务函数接口
struct xs_utask
{
char name[XS_NAME_MAX];
void *func_entry;
void *func_param;
xs_uint32 stack_size;
xs_uint8 prio;
};
typedef struct xs_utask struct xs_utask;
struct task_descriptor* xs_UserTaskCreate(xs_utask_x task);
该函数用于用户态创建一个任务。任务的各个属性由一个struct xs_utask结构表示，包括任务的名称、入口函数及参数、栈大小和优先级，在调用该函数时需要传入该结构的实例用于配置任务。任务创建成功后，内核会为其分配指定大小的栈及其他结构（如struct task_descriptor）结构，并返回任务描述符指针。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| task | 任务配置属性 |
xs_int32 xs_UserTaskDelete(struct task_descriptor task);
该函数用于删除一个任务，强制使其进入退出状态。若删除成功则返回XS_EOK，若失败则返回-XS_ERROR。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| task | 待删除的任务描述符 |
xs_int32 xs_UserTaskCoreCombine(struct task_descriptor task, xs_uint8 coreid);
该函数用于将任务绑定至指定的处理器上。若绑定成功则返回XS_EOK，若失败则返回-XS_ERROR。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| task_id | 待绑定的任务描述符 |
| coreid | 带绑定的处理器ID |
xs_int32 xs_UserTaskCoreUncombine(struct task_descriptor task);
该函数用于解除任务与处理器的绑定。若解除成功则返回XS_EOK，若失败则返回-XS_ERROR。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| task | 待解除绑定的任务描述符 |
xs_int32 xs_UserTaskDelay(xs_ticks_x ticks);
该函数用于将当前任务挂起一定时间，单位为tick。挂起时间结束后，任务会进入就绪状态，可以继续被调度。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| ticks | 任务挂起时间，单位为tick |
struct task_descriptor* xs_UserTaskSearch(char *name)
该函数用于从任务名称获取任务描述符。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| name | 任务名称 |
任务通信
XiUOS提供多种任务间通信机制，包括消息队列、信号量、互斥量与事件集。
消息队列
消息队列（message queue）提供可供多个任务读或写的消息缓冲区，其中消息指固定长度的任意数据块。消息队列的容量有限。当消息队列满时，向消息队列写入的任务会被挂起；当消息队列空时，从消息队列读取的任务会被挂起。
消息队列结构定义
struct xs_MsgQueue
{
xs_uint16 id;
void *msg_buf;
xs_uint16 index;
xs_uint16 num_msgs;
xs_uint16 each_len;
xs_uint16 max_msgs;
XS_DOUBLE_LINKLIST send_pend_list;
XS_DOUBLE_LINKLIST recv_pend_list;
XS_DOUBLE_LINKLIST link;
};
| 成员 | 描述 |
|---|---|
| id | 消息队列ID，用于唯一标识一个消息队列 |
| msg_buf | 用于存储消息的缓冲区的首地址 |
| index | 当前缓冲区中第一个消息的序号 |
| num_msgs | 当前缓冲区中的消息数量 |
| each_len | 每条消息的大小，单位为字节 |
| max_msgs | 缓冲区中最多能存放的消息数量 |
| send_pend_list | 被挂起的发送任务链表 |
| recv_pend_list | 被挂起的接收任务链表 |
| link | 系统中所有消息队列构成的链表 |
消息队列函数接口
xs_int32 xs_UserMsgQueueCreate(xs_uint16 msg_len, xs_uint16 max_msgs);
该函数用于创建一个消息队列。创建成功后，新的消息队列会被加入内核的消息队列管理链表，并返回该消息队列的ID，ID默认范围0-255，可配置。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| msg_len | 每条消息的长度，单位为字节 |
| max_msgs | 缓冲区中最多存放的消息数量 |
void xs_UserMsgQueueDelete(xs_uint16 id);
该函数用于删除一个已创建的消息队列。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待删除的消息队列ID |
xs_int32 xs_UserMsgQueueSend(xs_uint16 id, const void *msg, xs_uint16 size, xs_ticks_x wait_time);
该函数用于向消息队列发送一个消息。若消息发送成功则返回XS_EOK，若不成功（等待超时）则返回-XS_ETIMEOUT。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 目标消息队列ID |
| msg | 消息数据首地址 |
| size | 消息长度 |
| wait_time | 等待时间上限，单位ticks；若为0，则不等待 |
xs_int32 xs_UserMsgQueueRecv(xs_uint16 id, void *buf, xs_uint16 size, xs_ticks_x wait_time);
该函数用于从消息队列接收一个消息。若消息接收成功则返回XS_EOK，若不成功（等待超时）则返回-XS_ETIMEOUT。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 来源消息队列ID |
| buf | 用于接收消息数据的缓冲区 |
| size | 缓冲区大小 |
| wait_time | 等待时间上限，单位ticks；若为0，则不等待 |
xs_int32 xs_UserMsgQueueReinit(xs_uint16 id);
该函数用于将一个消息队列复位。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 来源消息队列ID |
信号量
信号量（semaphore）具有一个给定的初值。任务可以获取或释放一个信号量。当任务获取信号量时信号量的值递减，释放信号量时值递增。当信号量值递减至0时，后续尝试获取信号量的任务会被挂起。每当一个已获取信号量的任务释放信号量时，内核会从信号量挂起队列上唤醒一个任务。信号量可以用于实现任务间的同步与互斥。
信号量结构定义
struct xs_Semaphore
{
xs_uint16 id;
xs_uint16 value;
XS_DOUBLE_LINKLIST pend_list;
XS_DOUBLE_LINKLIST link;
};
| 成员 | 描述 |
|---|---|
| id | 信号量ID，用于唯一标识一个信号量 |
| value | 信号量的当前值 |
| pend_link | 挂起任务链表 |
| link | 系统中所有信号量构成的链表 |
信号量函数接口
xs_int32 xs_UserSemaphoreCreate(xs_uint16 val);
该函数用于创建一个信号量。创建成功后，新的信号量会被加入内核的信号量管理链表，并返回该信号量的ID，ID默认范围0-255，可配置。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| val | 信号量的初值 |
void xs_UserSemaphoreDelete(xs_uint16 id);
该函数用于删除一个已创建的信号量。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待删除的信号量的ID |
xs_int32 xs_UserSemaphoreObtain(xs_uint16 id, xs_ticks_x wait_time);
该函数用于获取一个信号量。若获取成功则返回XS_EOK，若不成功（等待超时）则返回-XS_ETIMEOUT。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 欲获取的信号量的ID |
| wait_time | 等待时间上限，单位ticks；若为0，则不等待 |
xs_int32 xs_UserSemaphoreAbandon(xs_uint16 id);
该函数用于释放一个信号量。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待释放的信号量的ID |
xs_int32 xs_UserSemaphoreSetValue(xs_uint16 id, xs_uint16 val);
该函数用于将一个信号量的值进行重置。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 来源消息队列ID |
| val | 重置的信号量的值 |
互斥量
互斥量（mutex）可以视作一个初值为1的信号量，同样有获取和释放操作。互斥量一般用于任务间的互斥。
互斥量结构定义
struct xs_Mutex
{
xs_uint16 id;
xs_uint8 origin_prio;
xs_uint8 recursive_cnt;
struct task_descriptor *holder;
XS_DOUBLE_LINKLIST pend_list;
XS_DOUBLE_LINKLIST link;
};
| 成员 | 描述 |
|---|---|
| id | 互斥量ID，用于唯一标识一个互斥量 |
| origin_prio | 持有互斥量的任务的原优先级，用于避免优先级反转 |
| recursive_cnt | 持有互斥量的任务获取互斥量的次数，用于实现递归锁 |
| holder | 持有互斥量的任务 |
| pend_list | 挂起任务链表 |
| link | 系统中所有互斥量构成的链表 |
互斥量函数接口
xs_int32 xs_UserMutexCreate(void);
该函数用于创建一个互斥量。创建成功后，新的互斥量会被加入内核的互斥量管理链表，并返回该互斥量的ID，ID默认范围0-255，可配置。
void xs_UserMutexDelete(xs_uint16 id);
该函数用于删除一个已创建的互斥量。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待删除的互斥量的ID |
xs_int32 xs_UserMutexObtain(xs_uint16 id, xs_ticks_x wait_time);
该函数用于获取一个互斥量。若获取成功则返回XS_EOK，若不成功（等待超时）则返回-XS_ETIMEOUT。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 欲获取的互斥量的ID |
| wait_time | 等待时间上限，单位ticks；若为0，则不等待 |
xs_int32 xs_UserMutexAbandon(xs_uint16 id);
该函数用于释放一个互斥量。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待释放的互斥量的ID |
事件集
事件集（event set）允许用户定义一个事件集合，集合中的每个事件都可以被任务触发或等待。任务可以同时等待多个事件，此时等待触发的条件可以配置为AND或者OR：当等待触发条件配置为AND时，只有所有被等待的事件均被触发才视作等待结束；当等待触发条件配置为OR时，任意一个被等待的事件触发即视作等待结束。使用事件集可以实现多对多的任务间同步与互斥。
事件集结构定义
#define XS_EVENT_AND (1 << 29)
#define XS_EVENT_OR (1 << 30)
#define XS_EVENT_AUTOCLEAN (1 << 31)
#define XS_EVENTS(x) (1 << x)
struct xs_event
{
xs_uint16 id;
xs_uint32 trigge_way;
XS_DOUBLE_LINKLIST pend_list;
XS_DOUBLE_LINKLIST link;
};
| 成员 | 描述 |
|---|---|
| id | 事件集ID，用于唯一标识一个事件集 |
| trigge_way | 高3位用于记录事件集属性（等待触发条件、是否自动清空），低29位用于表示至多29个事件 |
| pend_list | 等待任务链表 |
| link | 系统中所有事件集构成的链表 |
事件集函数接口
xs_int32 xs_UserEventCreate(xs_uint32 options);
该函数用于创建一个事件集。options参数用于配置事件集的属性。可配置的属性有等待触发方式（XS_EVENT_AND或XS_EVENT_OR）及等待触发后是否自动清空其他已触发的事件（XS_EVENT_AUTOCLEAN）。创建成功后，新的事件集会被加入内核的事件集管理链表，并返回该事件集的ID，ID默认范围0-255，可配置。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| options | 事件集配置选项，须在XS_EVENT_AND及XS_EVENT_OR中指定其一，并可以按位或上XS_EVENT_AUTOCLEAN |
void xs_UserEventDele(xs_uint16 id);
该函数用于删除一个已创建的事件集。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 待删除的事件集的ID |
xs_int32 xs_UserEventTrigger(xs_uint16 id, xs_uint32 events);
该函数用于触发事件集中的一组事件。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 事件集ID |
| events | 欲触发的事件，其中被置1的位标识被触发的事件 ,可以使用XS_EVENTS宏按位或发送事件类型 |
xs_int32 xs_UserEventProcess(xs_uint16 id, xs_uint32 events, xs_ticks_x wait_time);
该函数用于等待事件集中的一组事件。若等待成功则返回XS_EOK，此时若XS_EVENT_AUTOCLEAN被打开则事件集中所有已触发事件会被清空；若等待失败（超时）则返回-XS_ETIMEOUT。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 事件集ID |
| events | 欲等待的事件，其中被置1的位标识被等待的事件，可以使用XS_EVENTS宏按位或接收事件类型 |
| wait_time | 等待时间上限，单位ticks；若为0，则不等待 |
xs_int32 xs_UserEventConfig(xs_uint16 id, xs_uint32 options);
该函数用于配置事件集中的一种事件类型。若等配置成功则返回XS_EOK，options参数用于配置事件集的属性。可配置的属性有等待触发方式（XS_EVENT_AND或XS_EVENT_OR）及等待触发后是否自动清空其他已触发的事件（XS_EVENT_AUTOCLEAN）。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 事件集ID |
| options | 事件集配置选项，须在XS_EVENT_AND及XS_EVENT_OR中指定其一，并可以按位或上XS_EVENT_AUTOCLEAN |
xs_int32 xs_UserEventReinit(xs_uint16 id);
该函数用于将一个事件的值进行重置。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| id | 来源消息队列ID |
使用场景
- 在多处理器设备上，多个任务可以并行运行，从而提高处理器的利用率。
- 在一些中断驱动的应用中，如果中断需要处理的工作过于复杂，则可以创建一个任务专门用于处理相关工作，从而改善中断延迟。