状态机和UCOSII编程的比较

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    我与2015年6月进入了一家从事车载产品研发,设计的公司。进入公司之后便开始接触和学习状态机编程，主要原因是公司之前的代码使用了状态机的框架。到目前为止接触状态机已经有差不多一年的时间了，今天之所以写这篇博客，一是为了对这一年多使用状态机的经验做个总结，二是希望可以给正在学习和使用状态机的爱好者，提供一些帮助和参考！

    我目前使用的状态机框架是国内一位大牛写的（jorya_txj），该作者的主要产品是实时操作系统（RAW_OS），和一些其它代码产品，我所说的状态机，在作者官网上的名称叫“事件触发系统”，具体细节可以访问他的官方网站进行了解。http://www.raw-os.org/

    现在进入正题，本文主要从用户编程的角度去讨论状态机的特点，状态机内核代码实现了，简单的任务间通信，基于优先级的非抢占式任务调度，和系统延时。由于内核主要实现了上述三个功能，所以它的代码量非常小，可以运行在RAM和ROM都非常有限的CPU上。相对于UCOSII这类实时操作系统来说，代码的理解难度也要小很多。但是它代码编写的规范性比UCOSII也确实差一个档次，这是我在看完源代码之后的一个最深切的感受，呵呵呵呵，在这里吐槽一下！好在功夫不负有心人，只要你多下点功夫，看懂整个程序的来龙去脉也不是很难，毕竟它只有这么点功能！
    接下来我们从6个方面来比较它们的异同：
    一.状态机和UCOSII创建一个任务有什么相同点和不同点？
    先来说相同点： 都需要指定任务的优先级，都需要为每个任务指定独立的栈空间
    再来看区别：   UCOSII的每个任务都是一个死循环，所以它需要任务中主动来调用延时函数或者等待信号量、消息邮箱、消息队列，来交出CPU的使用权，状态机的每个任务都只执行一次

    二.状态机和UCOSII任务切换过程有什么相同点和不同点？
    在这个问题上，它们基本没有相同点，下面我们就来先看看UCOSII是怎么进行任务切换的，UCOSII的任务是一个死循环，大家先来想这样一个问题，怎么才能暂停一个死循环的函数，去执行另外一个死循环的函数呢？采用中断，只有中断才能打断一个死循环，那具体是怎么操作的呢？如果有更高优先级的任务等待运行，CPU会在中断函数中（UCOSII使用PenSV中断进行任务切换），先将被终止任务的断点指针和CPU通用寄存器压入栈中，再把带运行任务栈中的数据，恢复到CPU寄存器中，让CPU获得待运行任务的断点指针，从而实现任务切换。
    状态机的任务切换，是在当前任务执行完成之后，查询就绪状态的最高优先级任务，然后根据优先级获得，该任务的函数指针，最后去调用该函数，状态机的任务切换相比UCOSII要简单很多！

    三.状态机和UCOSII发生任务切换的时间点有什么相同点和不同点呢？
    在这个问题上，它们基本也没有相同点，下面我们就来先看看UCOSII发生任务切换的时间点：

    1.系统的一个时钟节拍到了之后，会在滴答定时器中断中触发一次任务调度，如果有更高优先级的任务进入了就绪状态，就会发生一次任务切换（任务切换是依靠触发PendSV_Handler来实现的）
    2.当用户任务调用系统延时函数时，会挂起当前任务，触发一次任务调度，转而去运行已经就绪的最高优先级任务
    3.退出中断服务函数之前，会检查是否有更高优先级的任务已经就绪，如果有则进行任务切换，没有则恢复之前的任务运行
    4.当用户在任务中请求一个信号量，消息邮箱或者消息队列，而此时没有等到请求的信号量，消息邮箱或者消息队列，改任务会被挂起，然后去执行此时已经处于就绪状态的最高优先级任务。
    5.当用户在任务中发送一个信号量，消息邮箱或者消息队列时，UCOSII内核会先去判断是否有任务正在等待该信号量，消息邮箱或者消息队列，如果有，则先将该等待任务置为就绪状态，然后发生一次任务调度，去运行已经就绪的最高优先级任务
    状态机发生任务切换的时间点：
    1.当前优先级任务执行完成之后，会先将当前任务置为挂起状态，然后去查找就绪的最高优先级任务，最后切换到最高优先级任务去执行。



    四.使用状态机和UCOSII哪种方式效率更高，更适合在嵌入式系统中使用？

    UCOSII的优点：
    1.UCOSII是基于优先级的抢占式调度方式，高优先级的任务可以得到更快的响应速度
    2.UCOSII具有更高的任务调度频率，任务的实时性会更强

    UCOSII的缺点：
    1.抢占式调度方式，要求用户在使用全局变量时要特别小心，因为全局变量在修改的过程中可能会被中断打断，如果在被打断之后，又在新的任务中操作了该全局变量，该变量的值，在中断返回之后可能会出错！
    2.UCOSII具有更高的调度频率，操作系统会消耗更多的CPU时间

    状态机的优点：
    1.它是基于优先级的非抢占式调度方式，低优先级的任务不会在运行的过程中被打断，在不同任务间使用全局变量，没有出错的风险！
    2.非抢占式调度，在任务调度上，会消耗更少的CPU时间

    状态机的缺点：
    1.非抢占式调度方式，高优先级任务的响应速度会比ucosii慢。
    2.非抢占式调度方式，不能有执行时间特别长的任务，否则会导致高优先级任务响应非常缓慢，因为如果的优先级任务已经运行，此时高优先级任务就绪了，但是它却不能立即抢占，需要等到已经运行的低优先级任务执行完毕，所有在使用状态机时，这一点必须特别注意！

总结：从应用的角度来讲，这两种任务调度机制各有优势和缺点，UCOSII具有更强的实时性，但是程序设计过程中一定要注意全局变量的保护，尽量少使用或者不使用全局变量，状态机编程没有此限制；状态机的实时性稍微差一点，但是只要在程序设计过程中注意，保证每个任务的执行时间都很短，依然可以得到很快的响应速度和实时性，因为状态机的调度频率较低，系统占用的CPU时间相对较少。

本文就先写到这里，由于笔者水平有限，文中难免会有错误和疏漏之处，恳请广大读者提出宝贵意见。

                        作者：张家越
                        时间：2016-05-17