第11章 任务延时列表的实现

第11章 任务延时列表的实现

11.1 任务延时列表的工作原理

  在 FreeRTOS 中，有一个任务延时列表（实际上有两个，为了方便讲解原理，我们假装合并为一个，其实两个的作用是一样的），当任务需要延时的时候，则先将任务挂起，即先将任务从就绪列表删除，然后插入到任务延时列表，同时更新下一个任务的解锁时刻变量：xNextTaskUnblockTime 的值。
  xNextTaskUnblockTime 的值等于系统时基计数器的值xTickCount 加上任务需要延时的值 xTicksToDelay。当系统时基计数器 xTickCount 的值与 xNextTaskUnblockTime 相等时，就表示有任务延时到期了，需要将该任务就绪。

11.2 实现任务延时列表

11.2.1 定义任务延时列表

static List_t xDelayedTaskList1;                     //任务延时列表
static List_t xDelayedTaskList2;                     //任务延时列表
static List_t * volatile pxDelayedTaskList;          //任务延时列表指针
static List_t * volatile pxOverflowDelayedTaskList;  //任务延时列表指针

11.2.2 任务延时列表初始化

/* 初始化任务相关的列表 */
void prvInitialiseTaskLists( void )
{
    UBaseType_t uxPriority;
    
    /* 初始化就绪列表 */
    for( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES; uxPriority++ )
	{
		vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) );
	}
    
	//初始化延时列表
    vListInitialise( &xDelayedTaskList1 );
	vListInitialise( &xDelayedTaskList2 );
    
	//设置当前延时列表和溢出延时列表的指针
    pxDelayedTaskList = &xDelayedTaskList1;
	pxOverflowDelayedTaskList = &xDelayedTaskList2;
}

11.2.3 定义 xNextTaskUnblockTime

  xNextTaskUnblockTime 是一个在 task.c 中定义的静态变量，用于表示下一个任务的解锁时刻。xNextTaskUnblockTime 的值等于系统时基计数器的值 xTickCount 加上任务需要延时值 xTicksToDelay。当系统时基计数器 xTickCount 的值与 xNextTaskUnblockTime 相等时，就表示有任务延时到期了，需要将该任务就绪。

11.2.4 初始化 xNextTaskUnblockTime

  xNextTaskUnblockTime 在 vTaskStartScheduler() 函数中初始化为 portMAX_DELAY（portMAX_DELAY 是一个 portmacro.h 中定义的宏，默认为 0xffffffffUL）。

11.3 修改代码，支持任务延时列表

11.3.1 修改 vTaskDelay()函数

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
{
    TCB_t *pxTCB = NULL;
    
    /* 获取当前任务的TCB */
    pxTCB = pxCurrentTCB;
    
    /* 设置延时时间 */
    //pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;
    
    /* 将任务插入到延时列表 */
    prvAddCurrentTaskToDelayedList( xTicksToDelay );
    
    /* 任务切换 */
    taskYIELD();
}

1. prvAddCurrentTaskToDelayedList()函数

static void prvAddCurrentTaskToDelayedList( TickType_t xTicksToWait )
{
    TickType_t xTimeToWake;
    
    /* 获取系统时基计数器xTickCount的值 */
    const TickType_t xConstTickCount = xTickCount;

    /* 将任务从就绪列表中移除 */
	if( uxListRemove( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) ) == ( UBaseType_t ) 0 )
	{
		/* 将任务在优先级位图中对应的位清除 */
        portRESET_READY_PRIORITY( pxCurrentTCB->uxPriority, uxTopReadyPriority );
	}

    /* 计算延时到期时，系统时基计数器xTickCount的值是多少 */
    xTimeToWake = xConstTickCount + xTicksToWait;

    /* 将延时到期的值设置为节点的排序值 */
    listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ), xTimeToWake );

    /* 溢出 */
    if( xTimeToWake < xConstTickCount )
    {
        vListInsert( pxOverflowDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );
    }
    else /* 没有溢出 */
    {

        vListInsert( pxDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );

        /* 更新下一个任务解锁时刻变量xNextTaskUnblockTime的值 */
        if( xTimeToWake < xNextTaskUnblockTime )
        {
            xNextTaskUnblockTime = xTimeToWake;
        }
    }	
}

11.3.2 修改 xTaskIncrementTick()函数

#if 0
void xTaskIncrementTick( void )
{
    TCB_t *pxTCB = NULL;
    BaseType_t i = 0;
    
    const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
    xTickCount = xConstTickCount;
    
    /* 扫描就绪列表中所有线程的remaining_tick，如果不为0，则减1 */
	for(i=0; i<configMAX_PRIORITIES; i++)
	{
        pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( ( &pxReadyTasksLists[i] ) );
		if(pxTCB->xTicksToDelay > 0)
		{
			pxTCB->xTicksToDelay --;
            
            /* 延时时间到，将任务就绪 */
            if( pxTCB->xTicksToDelay ==0 )
            {
                //vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[i] ), &( ((TCB_t *)(&Task1TCB))->xStateListItem ) );
                taskRECORD_READY_PRIORITY( pxTCB->uxPriority );
            }
		}
	}
    
    /* 任务切换 */
    portYIELD();
}
#else
void xTaskIncrementTick( void )
{
	TCB_t * pxTCB;
	TickType_t xItemValue;

	const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
	xTickCount = xConstTickCount;

	/* 如果xConstTickCount溢出，则切换延时列表 */
	if( xConstTickCount == ( TickType_t ) 0U )
	{
		taskSWITCH_DELAYED_LISTS();
	}

	/* 最近的延时任务延时到期 */
	if( xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime )
	{
		for( ;; )
		{
			if( listLIST_IS_EMPTY( pxDelayedTaskList ) != pdFALSE )
			{
				/* 延时列表为空，设置xNextTaskUnblockTime为可能的最大值 */
				xNextTaskUnblockTime = portMAX_DELAY;
				break;
			}
			else /* 延时列表不为空 */
			{
				pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( pxDelayedTaskList );
				xItemValue = listGET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xStateListItem ) );

				/* 直到将延时列表中所有延时到期的任务移除才跳出for循环 */
                if( xConstTickCount < xItemValue )
				{
					xNextTaskUnblockTime = xItemValue;
					break;
				}

				/* 将任务从延时列表移除，消除等待状态 */
				( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );

				/* 将解除等待的任务添加到就绪列表 */
				prvAddTaskToReadyList( pxTCB );
			}
		}
	}/* xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime */
    
    /* 任务切换 */
    portYIELD();
}
#endif

11.3.3 修改 taskRESET_READY_PRIORITY()函数

  在没有添加任务延时列表之前，与任务相关的列表只有一个，就是就绪列表，无论任务在延时还是就绪都只能通过扫描就绪列表来找到任务的 TCB，从而实现系统调度。所以在上一章“支持多优先级”中，实现 taskRESET_READY_PRIORITY() 函数的时候，不用先判断当前优先级下就绪列表中的链表的节点是否为 0，而是直接把任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清零。因为当前优先级下就绪列表中的链表的节点不可能为 0，目前我们还没有添加其它列表来存放任务的 TCB，只有一个就绪列表。

#if 1         /* 本章的实现方法 */
	#define taskRESET_READY_PRIORITY( uxPriority )														\
	{																									\
		if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ ( uxPriority ) ] ) ) == ( UBaseType_t ) 0 )	\
		{																								\
			portRESET_READY_PRIORITY( ( uxPriority ), ( uxTopReadyPriority ) );							\
		}																								\
	}
#else       /* 本章的实现方法 */
    #define taskRESET_READY_PRIORITY( uxPriority )											    \
    {																							\
            portRESET_READY_PRIORITY( ( uxPriority ), ( uxTopReadyPriority ) );					\
    }
#endif