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第8章 任务优先级修改

时间：10-02 整理：3721RD 点击：
第8章      任务优先级修改

    本章节主要为大家讲解RTX任务优先级设置的注意事项，任务优先级的分配方案及其相关的一个例子，内容相对比较简单。

    本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407。

8.1 任务优先级设置注意事项

8.2 任务优先级分配方案

8.3 任务优先级设置

8.4 实验例程说明

8.5         总结

8.1  任务优先级设置注意事项

    RTX操作系统任务优先级的设置要注意以下几个问题：

1.  设置任务的优先级时，数值越小优先级越低。

2.  最低任务优先级是0，此优先级被空闲任务使用，任何其它任务都不可以使用。

3.  用户可以设置的优先级范围是1-254，由于RTX支持时间片调度，所以也是支持用户任务设置为相同的优先级。

4.  优先级255被保留，用于最重要的任务。


8.2  任务优先级分配方案

    对于初学者，有时候会纠结任务优先级设置为多少合适，因为任务优先级设置多少是没有标准的。对于这个问题，RTX有一个推荐的设置标准，任务优先级设置推荐方式如下图8.1所示：

                              


图8.1 任务优先级分配方案

IRQ任务：IRQ任务是指通过中断服务程序进行触发的任务，此类任务应该设置为所有任务里面优先级最高的。

高优先级后台任务：比如按键检测，触摸检测，USB消息处理，串口消息处理等，都可以归为这一类任务。

低优先级的时间片调度任务：比如emWin的界面显示，LED数码管的显示等不需要实时执行的都可以归为这一类任务。实际应用中用户不必拘泥于将这些任务都设置为优先级1的同优先级任务，可以设置多个优先级，只需注意这类任务不需要高实时性。

空闲任务：空闲任务是系统任务。

特别注意：IRQ任务和高优先级任务必须设置为阻塞式（调用消息等待或者延迟等函数即可），只有这样高优先级任务才会释放CPU的使用权，从低优先级任务才有机会得到执行。

    这里的优先级分配方案是RTX操作系统推荐的一种方式，实际项目也可以不采用这种方法。调试出适合项目需求的才是最好的。


8.3    任务优先级设置

   除了创建任务时可以设置任务优先级，也可以通过下面两个函数修改任务优先级：

os_tsk_prio

os_tsk_prio_self

关于这两个函数的讲解及其使用方法可以看教程第3章3.3小节里面说的参考资料rlarm.chm文件


                              

这里重点的说一下函数os_tsk_prio。

函数原型：

  1. OS_RESULT os_tsk_prio (
  2.     OS_TID task_id,       /* 任务ID */
  3.     U8     new_prio );    /* 新的任务优先级 (1-254) */

复制代码


函数描述：

函数os_tsk_prio用于修改任务的优先级。

（1）第1个参数填任务的ID。如果ID参数是0，那么设置就是当前任务的优先级。

（2）第2个参数修改任务的优先级，如果new_prio的数值比当前执行任务的优先级大，将触发一次任务切换，切换到任务ID为task_id的任务中。如果new_pro的数值比当前执行任务的优先级小，当前任务会继续执行。

（3）如果任务优先级修改成功，函数返回OS_R_OK，其余所有情况返回OS_R_NOK，比如所写的任务ID不存在或者任务还没有启动。


使用这个函数要注意以下几个问题

1.     参数new_prio的范围是1-254。

2.     被修改任务的新优先级会一直保持有效直到用户再次修改。

3.     优先级0用于空闲任务，如果用户将这个参数设置为0的话，RTX系统会将其更改为1。优先级255被保留用于最重要的任务。

4.    对于RTX操作系统来说，优先级参数中数值越小优先级越低，也就是说空闲任务的优先级是最低的，因为它的优先级数值是0

使用举例：

  1. /*
  2. **********************************************************************************************************
  3.                                                     变量
  4. **********************************************************************************************************
  5. */
  6. static uint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];  /* 任务栈 */

  8. /* 任务句柄 */
  9. OS_TID HandleTaskUserIF = NULL;
  10. /*
  11. *********************************************************************************************************
  12. *    函 数 名: AppTaskChangePrio
  13. *    功能说明: 修改任务优先级
  14. *    形    参: 无
  15. *    返 回 值: 无
  16. *********************************************************************************************************
  17. */
  18. static void AppTaskDelete (void)
  19. {
  20.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
  21.                                            1,                         /* 任务优先级 */
  22.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
  23.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */

  25.      if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 3) == OS_R_OK)
  26.      {
  27.          printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
  28.      }
  29.      else
  30.      {
  31.          printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
  32.      }
  33.    
  34. }

复制代码


8.4  实验例程说明
8.4.1     STM32F103开发板实验

配套例子：

    V4-403_RTX实验_任务优先级修改

实验目的：

    1. 学习RTX的任务优先级修改。

实验内容：

    1. K1按键按下，串口打印。

    2. K2按键按下，将任务AppTaskLED的优先级由2修改为3。

    3. k3按键按下，将任务AppTaskLED的优先级由3修改为2。

    4. 各个任务实现的功能如下：

      AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

      AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

      AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，这里是用作LED闪烁。

      AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：


                              

Task Configuration

（1）Number of concurrent running tasks

    允许创建4个任务，实际创建了如下四个任务

                    AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

                    AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

                    AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，这里是用作LED闪烁。

                    AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

（2）Number of tasks with user-provided stack

    创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。

RTX任务调试信息：


程序设计：

任务栈大小分配：

    staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];   /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8];      /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8];  /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8];     /* 任务栈 */

      将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的，8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话，部分C语言库函数，浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。

系统栈大小分配：


RTX初始化：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: main
  4. *    功能说明: 标准c程序入口。
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. int main (void)
  10. {   
  11.      /* 初始化外设 */
  12.      bsp_Init();
  13.    
  14.      /* 创建启动任务 */
  15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
  16.                        4,                        /* 任务优先级 */
  17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
  18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  19.      while(1);
  20. }

复制代码


RTX任务创建：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: AppTaskCreate
  4. *    功能说明: 创建应用任务
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. static void AppTaskCreate (void)
  10. {
  11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
  12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
  13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
  14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  15.    
  16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
  17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
  18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
  19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
  20.    
  21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
  22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
  23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
  24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  25. }

复制代码


四个RTX任务的实现：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
  4. *    功能说明: 按键消息处理     
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
  8. *********************************************************************************************************
  9. */
  10. __task void AppTaskUserIF(void)
  11. {
  12.      uint8_t ucKeyCode;

  14.     while(1)
  15.     {
  16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
  17.         
  18.          if (ucKeyCode ！= KEY_NONE)
  19.          {
  20.               switch (ucKeyCode)
  21.               {
  22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
  23.                    case KEY_DOWN_K1:
  24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
  25.                        break;
  26.                   
  27.                    /* K2键按下，修改任务AppTaskLED优先级 */
  28.                    case KEY_DOWN_K2:
  29.                        printf("K2键按下，将任务AppTaskLED的优先级由2修改为3\r\n");
  30.                        if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 3) == OS_R_OK)
  31.                        {
  32.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
  33.                        }
  34.                        else
  35.                        {
  36.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
  37.                        }
  38.                        break;  

  40.                   /* K3键按下，修改任务AppTaskLED优先级 */
  41.                    case KEY_DOWN_K3:
  42.                        printf("K3键按下，将任务AppTaskLED的优先级由3修改为2\r\n");
  43.                        if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 2) == OS_R_OK)
  44.                        {
  45.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
  46.                        }
  47.                        else
  48.                        {
  49.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
  50.                        }
  51.                        break;                           
  52.                   
  53.                   
  54.                    /* 其他的键值不处理 */
  55.                    default:                    
  56.                        break;
  57.               }
  58.          }
  59.         
  60.          os_dly_wait(20);
  61.      }
  62. }

  64. /*
  65. *********************************************************************************************************
  66. *    函 数 名: AppTaskLED
  67. *    功能说明: LED闪烁
  68. *    形    参: 无
  69. *    返 回 值: 无
  70. *   优 先 级: 2
  71. *********************************************************************************************************
  72. */
  73. __task void AppTaskLED(void)
  74. {
  75.     while(1)
  76.     {
  77.          bsp_LedToggle(2);
  78.          bsp_LedToggle(3);
  79.         os_dly_wait(200);
  80.     }
  81. }

  83. /*
  84. *********************************************************************************************************
  85. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
  86. *    功能说明: 信息处理，这里是用作LED闪烁   
  87. *    形    参: 无
  88. *    返 回 值: 无
  89. *   优 先 级: 3
  90. *********************************************************************************************************
  91. */
  92. __task void AppTaskMsgPro(void)
  93. {
  94.     while(1)
  95.     {
  96.          bsp_LedToggle(1);
  97.          bsp_LedToggle(4);
  98.         os_dly_wait(300);
  99.     }
  100. }

  102. /*
  103. *********************************************************************************************************
  104. *    函 数 名: AppTaskStart
  105. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。
  106. *    形    参: 无
  107. *    返 回 值: 无
  108. *   优 先 级: 4
  109. *********************************************************************************************************
  110. */
  111. __task void AppTaskStart(void)
  112. {
  113.      AppTaskCreate();
  114.    
  115.     while(1)
  116.     {
  117.          /* 按键扫描 */
  118.          bsp_KeyScan();
  119.         os_dly_wait(10);
  120.     }
  121. }

复制代码



8.4.2     STM32F407开发板实验

配套例子：

     V5-403_RTX实验_任务优先级修改

实验目的：

    1. 学习RTX的任务优先级修改。

实验内容：

    1. K1按键按下，串口打印。

    2. K2按键按下，将任务AppTaskLED的优先级由2修改为3。

    3. k3按键按下，将任务AppTaskLED的优先级由3修改为2。

    4. 各个任务实现的功能如下：

      AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

      AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

      AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，这里是用作LED闪烁。

      AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：


Task Configuration

（1）Number of concurrent running tasks

     允许创建4个任务，实际创建了如下四个任务

                     AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

                     AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

                     AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，这里是用作LED闪烁。

                     AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

（2）Number of tasks with user-provided stack

    创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。


RTX任务调试信息：


程序设计：

任务栈大小分配：

     staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];   /* 任务栈 */

     staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8];      /* 任务栈 */

     staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8];  /* 任务栈 */

     staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8];     /* 任务栈 */

     将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的，8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话，部分C语言库函数，浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。

系统栈大小分配：


RTX初始化：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: main
  4. *    功能说明: 标准c程序入口。
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. int main (void)
  10. {   
  11.      /* 初始化外设 */
  12.      bsp_Init();
  13.    
  14.      /* 创建启动任务 */
  15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
  16.                        4,                        /* 任务优先级 */
  17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
  18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  19.      while(1);
  20. }

复制代码


RTX任务创建：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: AppTaskCreate
  4. *    功能说明: 创建应用任务
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. static void AppTaskCreate (void)
  10. {
  11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
  12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
  13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
  14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  15.    
  16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
  17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
  18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
  19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
  20.    
  21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
  22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
  23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
  24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
  25. }

复制代码


四个RTX任务的实现：

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
  4. *    功能说明: 按键消息处理     
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
  8. *********************************************************************************************************
  9. */
  10. __task void AppTaskUserIF(void)
  11. {
  12.      uint8_t ucKeyCode;

  14.     while(1)
  15.     {
  16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
  17.         
  18.          if (ucKeyCode ！= KEY_NONE)
  19.          {
  20.               switch (ucKeyCode)
  21.               {
  22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
  23.                    case KEY_DOWN_K1:
  24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
  25.                        break;
  26.                   
  27.                    /* K2键按下，修改任务AppTaskLED优先级 */
  28.                    case KEY_DOWN_K2:
  29.                        printf("K2键按下，将任务AppTaskLED的优先级由2修改为3\r\n");
  30.                        if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 3) == OS_R_OK)
  31.                        {
  32.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
  33.                        }
  34.                        else
  35.                        {
  36.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
  37.                        }
  38.                        break;  

  40.                    /* K3键按下，修改任务AppTaskLED优先级 */
  41.                    case KEY_DOWN_K3:
  42.                        printf("K3键按下，将任务AppTaskLED的优先级由3修改为2\r\n");
  43.                        if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 2) == OS_R_OK)
  44.                        {
  45.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
  46.                        }
  47.                        else
  48.                        {
  49.                             printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
  50.                        }
  51.                        break;                           
  52.                   
  53.                   
  54.                    /* 其他的键值不处理 */
  55.                    default:                    
  56.                        break;
  57.               }
  58.          }
  59.         
  60.          os_dly_wait(20);
  61.      }
  62. }

  64. /*
  65. *********************************************************************************************************
  66. *    函 数 名: AppTaskLED
  67. *    功能说明: LED闪烁
  68. *    形    参: 无
  69. *    返 回 值: 无
  70. *   优 先 级: 2
  71. *********************************************************************************************************
  72. */
  73. __task void AppTaskLED(void)
  74. {
  75.     while(1)
  76.     {
  77.          bsp_LedToggle(2);
  78.          bsp_LedToggle(3);
  79.         os_dly_wait(200);
  80.     }
  81. }

  83. /*
  84. *********************************************************************************************************
  85. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
  86. *    功能说明: 信息处理，这里是用作LED闪烁   
  87. *    形    参: 无
  88. *    返 回 值: 无
  89. *   优 先 级: 3
  90. *********************************************************************************************************
  91. */
  92. __task void AppTaskMsgPro(void)
  93. {
  94.     while(1)
  95.     {
  96.          bsp_LedToggle(1);
  97.          bsp_LedToggle(4);
  98.         os_dly_wait(300);
  99.     }
  100. }

  102. /*
  103. *********************************************************************************************************
  104. *    函 数 名: AppTaskStart
  105. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。
  106. *    形    参: 无
  107. *    返 回 值: 无
  108. *   优 先 级: 4
  109. *********************************************************************************************************
  110. */
  111. __task void AppTaskStart(void)
  112. {
  113.      AppTaskCreate();
  114.    
  115.     while(1)
  116.     {
  117.          /* 按键扫描 */
  118.          bsp_KeyScan();
  119.         os_dly_wait(10);
  120.     }
  121. }

复制代码


8.5  总结

    本章节内容相对比较容易，重点是学习任务优先级分配方案，随着后面的学习，初学者需要慢慢积累这方面的经验。


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