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/*
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* Copyright (c) 2020 AIIT XUOS Lab
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* XiUOS is licensed under Mulan PSL v2.
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* You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2.
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* You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at:
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* http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2
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|
* THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND,
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* EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT,
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|
* MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE.
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|
* See the Mulan PSL v2 for more details.
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*/
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/**
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* @file: task.c
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|
* @brief: file task.c
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* @version: 1.0
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|
* @author: AIIT XUOS Lab
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* @date: 2023/05/18
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*
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*/
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#include <task.h>
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// 全局运行队列和本地运行队列
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tcb_t *global_run_queue_head = NULL;
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|
tcb_t *global_run_queue_tail = NULL;
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|
tcb_t *local_run_queue_head[8] = {NULL};
|
|
tcb_t *local_run_queue_tail[8] = {NULL};
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// 当前任务的指针
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volatile tcb_t *current_task = NULL;
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/*******************************************************************************
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* 函 数 名: tcb_init
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|
* 功能描述: 初始化任务控制块
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* 形 参: tcb:任务控制块指针,priority:任务优先级,stack_size:栈大小
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|
* 返 回 值: 无
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*******************************************************************************/
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|
void tcb_init(tcb_t *tcb, int priority, int stack_size) {
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|
tcb->priority = priority;
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|
tcb->state = TASK_CREATED;
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|
tcb->message_queue = NULL;
|
|
tcb->stack = (uint8_t*)malloc(stack_size);
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|
tcb->stack_size = stack_size;
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|
tcb->stack_ptr = tcb->stack + stack_size - sizeof(context_t);
|
|
// 将任务的上下文保存在栈中
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context_t *context = (context_t*)tcb->stack_ptr;
|
|
context_init(context, (void*)task_entry, tcb->stack_ptr);
|
|
}
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/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: tcb_destroy
|
|
* 功能描述: 销毁任务控制块
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|
* 形 参: tcb:任务控制块指针
|
|
* 返 回 值: 无
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|
*******************************************************************************/
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|
void tcb_destroy(tcb_t *tcb) {
|
|
free(tcb->stack_bottom);
|
|
tcb->stack_ptr = NULL;
|
|
tcb->stack_bottom = NULL;
|
|
tcb->stack_size = 0;
|
|
tcb->state = TASK_BLOCKED;
|
|
tcb->priority = 0;
|
|
tcb->next = NULL;
|
|
if (tcb->message_queue != NULL) {
|
|
message_queue_destroy(tcb->message_queue);
|
|
tcb->message_queue = NULL;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: get_current_task
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|
* 功能描述: 获取当前任务的指针
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|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 任务控制块指针
|
|
*******************************************************************************/
|
|
tcb_t *get_current_task() {
|
|
return (tcb_t*)current_task;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: get_local_run_queue_head
|
|
* 功能描述: 获取本地运行队列的头指针
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|
* 形 参: cpu_id:当前cpu的id
|
|
* 返 回 值: 任务控制块指针
|
|
*******************************************************************************/
|
|
tcb_t *get_local_run_queue_head(int cpu_id) {
|
|
return local_run_queue_head[cpu_id];
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: add_to_global_run_queue
|
|
* 功能描述: 将任务添加到全局运行队列中
|
|
* 形 参: tcb:任务控制块指针
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void add_to_global_run_queue(tcb_t *tcb) {
|
|
// 将任务添加到全局运行队列的尾部
|
|
if (global_run_queue_head == NULL) {
|
|
global_run_queue_head = tcb;
|
|
global_run_queue_tail = tcb;
|
|
} else {
|
|
global_run_queue_tail->next = tcb;
|
|
global_run_queue_tail = tcb;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: take_from_global_run_queue
|
|
* 功能描述: 从全局运行队列中取出一个任务
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: tcb:任务控制块指针
|
|
*******************************************************************************/
|
|
tcb_t *take_from_global_run_queue() {
|
|
// 从全局运行队列的头部取出一个任务
|
|
if (global_run_queue_head == NULL) {
|
|
return NULL;
|
|
} else {
|
|
tcb_t *tcb = global_run_queue_head;
|
|
global_run_queue_head = tcb->next;
|
|
if (global_run_queue_head == NULL) {
|
|
global_run_queue_tail = NULL;
|
|
}
|
|
return tcb;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: add_to_local_run_queue
|
|
* 功能描述: 将任务添加到本地运行队列中
|
|
* 形 参: tcb:任务控制块指针,cpu_id:任务绑定的CPU id
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void add_to_local_run_queue(tcb_t *tcb, int cpu_id) {
|
|
// 将任务添加到本地运行队列的尾部
|
|
if (local_run_queue_head[cpu_id] == NULL) {
|
|
local_run_queue_head[cpu_id] = tcb;
|
|
local_run_queue_tail[cpu_id] = tcb;
|
|
} else {
|
|
local_run_queue_tail[cpu_id]->next = tcb;
|
|
local_run_queue_tail[cpu_id] = tcb;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: take_from_local_run_queue
|
|
* 功能描述: 从本地运行队列中取出一个任务
|
|
* 形 参: cpu_id:CPU id
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
tcb_t *take_from_local_run_queue(int cpu_id) {
|
|
// 从本地运行队列的头部取出一个任务
|
|
if (local_run_queue_head[cpu_id] == NULL) {
|
|
return NULL;
|
|
} else {
|
|
tcb_t *tcb = local_run_queue_head[cpu_id];
|
|
local_run_queue_head[cpu_id] = tcb->next;
|
|
if (local_run_queue_head[cpu_id] == NULL) {
|
|
local_run_queue_tail[cpu_id] = NULL;
|
|
}
|
|
return tcb;
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: move_current_task_to_global_run_queue
|
|
* 功能描述: 将当前任务从本地运行队列中取出,并添加到全局运行队列中
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void move_current_task_to_global_run_queue() {
|
|
int cpu_id = get_cpu_id();
|
|
tcb_t *tcb = (tcb_t*)current_task;
|
|
tcb->state = TASK_READY;
|
|
add_to_global_run_queue(tcb);
|
|
local_run_queue_head[cpu_id] = NULL;
|
|
local_run_queue_tail[cpu_id] = NULL;
|
|
current_task = NULL;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: switch_to_next_task
|
|
* 功能描述: 切换到下一个任务
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void switch_to_next_task() {
|
|
int cpu_id = get_cpu_id();
|
|
tcb_t *current_tcb = (tcb_t*)current_task;
|
|
tcb_t *next_tcb = take_from_local_run_queue(cpu_id);
|
|
if (next_tcb == NULL) {
|
|
next_tcb = take_from_global_run_queue();
|
|
}
|
|
if (next_tcb == NULL) {
|
|
// 如果没有可运行的任务，则将当前任务继续运行
|
|
return;
|
|
}
|
|
// 保存当前任务的上下文
|
|
if (current_tcb != NULL) {
|
|
current_tcb->stack_ptr = get_stack_pointer();
|
|
}
|
|
// 切换到下一个任务的上下文
|
|
current_task = next_tcb;
|
|
set_stack_pointer(next_tcb->stack_ptr);
|
|
// 如果切换到的任务是新的任务，需要执行任务初始化函数
|
|
if (current_tcb != next_tcb) {
|
|
next_tcb->state = TASK_RUNNING;
|
|
task_init(next_tcb);
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: task_init
|
|
* 功能描述: 任务初始化函数
|
|
* 形 参: tcb:任务控制块指针
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void task_init(tcb_t *tcb) {
|
|
// 创建消息队列
|
|
message_queue_t mq = (message_queue_t)malloc(sizeof(message_queue_t));
|
|
mq->buffer = (message_t)malloc(sizeof(message_t) * 16);
|
|
mq->capacity = 16;
|
|
mq->head = 0;
|
|
mq->tail = 0;
|
|
mq->count = 0;
|
|
tcb->message_queue = mq;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: create_task
|
|
* 功能描述: 创建任务
|
|
* 形 参: priority:任务优先级,stack_size:栈大小
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
tcb_t *create_task(int priority, int stack_size) {
|
|
tcb_t *tcb = (tcb_t*)malloc(sizeof(tcb_t));
|
|
tcb_init(tcb, priority, stack_size);
|
|
add_to_global_run_queue(tcb);
|
|
return tcb;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: destroy_task
|
|
* 功能描述: 销毁任务
|
|
* 形 参: tcb:任务控制块指针
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void destroy_task(tcb_t *tcb) {
|
|
tcb_destroy(tcb);
|
|
free(tcb);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: send_message
|
|
* 功能描述: 发送消息
|
|
* 形 参: dest_tcb:目标任务的控制块指针,type:消息类型,data:消息的具体内容
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void send_message(tcb_t *dest_tcb, int type, void *data) {
|
|
message_t message;
|
|
message.type = type;
|
|
message.data = data;
|
|
if (dest_tcb->message_queue == NULL) {
|
|
// 如果目标任务没有消息队列，则创建一个消息队列
|
|
dest_tcb->message_queue = message_queue_create(16);
|
|
}
|
|
// 将消息添加到目标任务的消息队列中
|
|
message_queue_push(dest_tcb->message_queue, &message);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: receive_message
|
|
* 功能描述: 接收消息
|
|
* 形 参: type:接收的消息类型,data:存储接收到的消息
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void receive_message(int type, void *data) {
|
|
tcb_t *current_tcb = (tcb_t*)current_task;
|
|
message_t message;
|
|
// 从当前任务的消息队列中取出消息
|
|
while (message_queue_pop(current_tcb->message_queue, &message) != 0) {
|
|
if (message.type == type) {
|
|
// 如果消息的类型匹配，则返回消息数据
|
|
memcpy(data, message.data, sizeof(void*));
|
|
return;
|
|
}
|
|
}
|
|
// 如果没有匹配的消息，则当前任务被阻塞，直到有匹配的消息为止
|
|
current_tcb->state = TASK_BLOCKED;
|
|
while (message_queue_pop(current_tcb->message_queue, &message) != 0) {
|
|
if (message.type == type) {
|
|
// 如果有匹配的消息，则返回消息数据，并将当前任务状态设置为就绪
|
|
memcpy(data, message.data, sizeof(void*));
|
|
current_tcb->state = TASK_READY;
|
|
return;
|
|
}
|
|
}
|
|
// 如果还是没有匹配的消息，则当前任务一直被阻塞
|
|
while (1) {
|
|
wait_for_interrupt();
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: message_queue_create
|
|
* 功能描述: 创建消息队列
|
|
* 形 参: capacity:消息队列的容量
|
|
* 返 回 值: 生成的消息队列的指针
|
|
*******************************************************************************/
|
|
message_queue_t *message_queue_create(int capacity) {
|
|
message_queue_t *mq = (message_queue_t*)malloc(sizeof(message_queue_t));
|
|
mq->buffer = (message_t*)malloc(sizeof(message_t) * capacity);
|
|
mq->capacity = capacity;
|
|
mq->head = 0;
|
|
mq->tail = 0;
|
|
mq->count = 0;
|
|
return mq;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: message_queue_destroy
|
|
* 功能描述: 销毁消息队列
|
|
* 形 参: mq:消息队列的指针
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void message_queue_destroy(message_queue_t *mq) {
|
|
free(mq->buffer);
|
|
free(mq);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: message_queue_push
|
|
* 功能描述: 将消息添加到消息队列中
|
|
* 形 参: message_queue_t:消息队列的指针,message_t:存储的消息
|
|
* 返 回 值: 0:成功,-1:失败
|
|
*******************************************************************************/
|
|
int message_queue_push(message_queue_t *mq, message_t *message) {
|
|
if (mq->count >= mq->capacity) {
|
|
return -1; // 队列已满
|
|
}
|
|
mq->buffer[mq->tail] = *message;
|
|
mq->tail = (mq->tail + 1) % mq->capacity;
|
|
mq->count++;
|
|
return 0;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: message_queue_pop
|
|
* 功能描述: 从消息队列中取出消息
|
|
* 形 参: message_queue_t:消息队列的指针,message_t:存储的消息
|
|
* 返 回 值: 0:成功,-1:失败
|
|
*******************************************************************************/
|
|
int message_queue_pop(message_queue_t *mq, message_t *message) {
|
|
if (mq->count <= 0) {
|
|
return -1; // 队列已空
|
|
}
|
|
*message = mq->buffer[mq->head];
|
|
mq->head = (mq->head + 1) % mq->capacity;
|
|
mq->count--;
|
|
return 0;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: context_init
|
|
* 功能描述: 初始化上下文
|
|
* 形 参: message_queue_t:消息队列的指针,message_t:存储的消息
|
|
* 返 回 值: 0:成功,-1:失败
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void context_init(context_t *context, void (*entry)(void), void *stack_ptr) {
|
|
context->cpsr = 0x10; // 设置 CPSR 的初始值
|
|
context->pc = (uint32_t)entry; // 设置 PC 的初始值为任务入口地址
|
|
context->r0 = (uint32_t)stack_ptr; // 设置 R0 的初始值为栈指针
|
|
context->r1 = 0; // 设置 R1 的初始值为 0
|
|
context->r2 = 0; // 设置 R2 的初始值为 0
|
|
context->r3 = 0; // 设置 R3 的初始值为 0
|
|
context->r4 = 0; // 设置 R4 的初始值为 0
|
|
context->r5 = 0; // 设置 R5 的初始值为 0
|
|
context->r6 = 0; // 设置 R6 的初始值为 0
|
|
context->r7 = 0; // 设置 R7 的初始值为 0
|
|
context->r8 = 0; // 设置 R8 的初始值为 0
|
|
context->r9 = 0; // 设置 R9 的初始值为 0
|
|
context->r10 = 0; // 设置 R10 的初始值为 0
|
|
context->r11 = 0; // 设置 R11 的初始值为 0
|
|
context->r12 = 0; // 设置 R12 的初始值为 0
|
|
context->sp = (uint32_t)stack_ptr; // 设置 SP 的初始值为栈指针
|
|
context->lr = (uint32_t)task_exit; // 设置 LR 的初始值为线程退出函数的地址
|
|
}
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: wait_for_interrupt
|
|
* 功能描述: 等待中断
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void wait_for_interrupt() {
|
|
// 在实现中，可以使用 WFI 指令等待中断
|
|
__asm__ volatile("wfi");
|
|
}
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: get_cpu_id
|
|
* 功能描述: 获取CPU id
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 获取的cpu id
|
|
*******************************************************************************/
|
|
int get_cpu_id() {
|
|
uint32_t mpidr;
|
|
__asm__ volatile("mrc p15, 0, %0, c0, c0, 5" : "=r"(mpidr));
|
|
return mpidr & 0xff;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: get_stack_pointer
|
|
* 功能描述: 获取栈指针
|
|
* 形 参: 无
|
|
* 返 回 值: 获取到的栈指针
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void *get_stack_pointer() {
|
|
// 在实现中，可以使用 ARM 的 SP 寄存器获取栈指针
|
|
void *sp;
|
|
__asm__ volatile("mov %0, sp" : "=r"(sp));
|
|
return sp;
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: set_stack_pointer
|
|
* 功能描述: 设置栈指针
|
|
* 形 参: 设置的栈指针
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void set_stack_pointer(void *sp) {
|
|
// 在实现中，可以使用 ARM 的 SP 寄存器设置栈指针
|
|
__asm__ volatile("mov sp, %0" : : "r"(sp));
|
|
}
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: add_interrupt_handler
|
|
* 功能描述: 添加中断处理函数
|
|
* 形 参: irq:中断号,handler:中断句柄,priority:中断优先级
|
|
* 返 回 值: 无
|
|
*******************************************************************************/
|
|
void add_interrupt_handler(int irq, void (*handler)(void), int priority) {
|
|
uint32_t *vector_table = (uint32_t*)0x0;
|
|
|
|
// 将中断处理函数写入中断向量表中
|
|
vector_table[irq + 16] = (uint32_t)handler;
|
|
|
|
// 设置中断优先级
|
|
uint8_t priority_shift = 8 - __NVIC_PRIO_BITS;
|
|
uint32_t priority_mask = 0xff << priority_shift;
|
|
uint32_t priority_value = (priority << priority_shift) & priority_mask;
|
|
uint32_t *priority_reg = (uint32_t*)0xE000E400;
|
|
int index = irq / 4;
|
|
int offset = irq % 4;
|
|
priority_reg[index] &= ~(0xff << (offset * 8));
|
|
priority_reg[index] |= (priority_value << (offset * 8));
|
|
|
|
// 使能中断
|
|
uint32_t *enable_reg = (uint32_t*)0xE000E100;
|
|
enable_reg[irq / 32] |= 1 << (irq % 32);
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/*******************************************************************************
|
|
* 函 数 名: enter_critical
|
|
* 功能描述: 进入临界区
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* 形 参: 无
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* 返 回 值: 无
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*******************************************************************************/
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void enter_critical() {
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// 在实现中，可以使用 ARM 的 CPSR 寄存器进入临界区
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__asm__ volatile("cpsid i");
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}
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/*******************************************************************************
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* 函 数 名: leave_critical
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* 功能描述: 离开临界区
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* 形 参: 无
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|
* 返 回 值: 无
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*******************************************************************************/
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void leave_critical() {
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|
// 在实现中，可以使用 ARM 的 CPSR 寄存器离开临界区
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__asm__ volatile("cpsie i");
|
|
}
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|
|
|
|
|
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/*******************************************************************************
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|
* 函 数 名: task_exit
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* 功能描述: 任务退出函数
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* 形 参: 无
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|
* 返 回 值: 无
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*******************************************************************************/
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void task_exit() {
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|
// 切换到下一个任务
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switch_to_next_task();
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// 在实现中，可以使用 ARM 的 WFE 指令等待下一个中断
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__asm__ volatile("wfe");
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|
}
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/*******************************************************************************
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* 函 数 名: task_entry
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* 功能描述: 任务入口函数
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|
* 形 参: 无
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|
* 返 回 值: 无
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|
*******************************************************************************/
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void task_entry() {
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tcb_t *current_tcb = (tcb_t*)current_task;
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current_tcb->state = TASK_RUNNING;
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task_init(current_tcb);
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while (1) {
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switch_to_next_task();
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|
}
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|
}
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