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。