轻量级任务调度框架cola_os设计与实现

## 1. 轻量级任务调度框架cola_os设计与实现 ### 1.1 框架概述 cola_os是一款基于软件定时器实现的时间片轮询框架，核心代码仅300余行。该框架适用于资源受限的MCU开发场景，当系统需要多任务管理但实时性要求不高时，可替代传统RTOS方案。 ### 1.2 系统架构 框架包含三大核心模块： - **任务管理模块**：基于链表的时间片轮询调度 - **设备抽象层**：统一硬件设备驱动接口 - **自动初始化**：仿Linux的initcall机制 ## 2. 任务管理模块实现 ### 2.1 任务数据结构 ```c typedef void (*cbFunc)(uint32_t event); typedef struct task_s { uint8_t timerNum; // 定时器编号 uint32_t period; // 执行周期(ms) bool oneShot; // 单次执行标志 bool start; // 启动标志 uint32_t timerTick; // 定时计数器 bool run; // 任务就绪标志 bool taskFlag; // 任务类型标志 uint32_t event; // 事件参数 cbFunc func; // 回调函数 struct task_s *next; // 链表指针 } task_t;

2.2 任务调度流程

1. 硬件定时器中断（1ms时基）：

void SysTick_Handler(void) { cola_timer_ticker(); } void cola_timer_ticker(void) { task_t *cur = task_list; while(cur != NULL) { if((TASK_TIMER == cur->taskFlag) && cur->start) { if(++cur->timerTick >= cur->period) { cur->timerTick = 0; if(cur->func != NULL) { enter_critical(); cur->run = true; exit_critical(); } } } cur = cur->next; } }

2. 主循环任务调度：

void cola_task_loop(void) { uint32_t events; task_t *cur = task_list; while(cur != NULL) { if(cur->run) { if(NULL != cur->func) { events = cur->event; if(events) { enter_critical(); cur->event = 0; exit_critical(); } cur->func(events); } if(TASK_TIMER == cur->taskFlag) { enter_critical(); cur->run = false; exit_critical(); } if((cur->oneShot) && (TASK_TIMER == cur->taskFlag)) { cur->start = false; } } cur = cur->next; } }

3. 设备驱动抽象层设计

3.1 设备操作接口

struct cola_device_ops { int (*init)(cola_device_t *dev); int (*open)(cola_device_t *dev, int noflag); int (*close)(cola_device_t *dev); int (*read)(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size); int (*write)(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size); int (*control)(cola_device_t *dev, int cmd, void *args); }; struct cola_device { const char *name; struct cola_device_ops *dops; struct cola_device *next; };

3.2 LED设备驱动示例

static cola_device_t led_dev; static int led_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *args) { if(LED_TOGGLE == cmd) { LED_GREEN_TOGGLE; } return 1; } static struct cola_device_ops ops = { .control = led_ctrl, }; void led_register(void) { led_gpio_init(); led_dev.dops = &ops; led_dev.name = "led"; cola_device_register(&led_dev); }

4. 自动初始化机制

4.1 初始化段定义

#define __used __attribute__((__used__)) typedef void (*initcall_t)(void); #define __define_initcall(fn, id) \ static const initcall_t __initcall_##fn##id __used \ __attribute__((__section__("initcall" #id "init"))) = fn #define pure_initcall(fn) __define_initcall(fn, 0) // 系统时钟初始化 #define fs_initcall(fn) __define_initcall(fn, 1) // tick和调试接口 #define device_initcall(fn) __define_initcall(fn, 2)// 驱动初始化 #define late_initcall(fn) __define_initcall(fn, 3) // 其他初始化

4.2 初始化函数遍历

void do_init_call(void) { extern initcall_t initcall0init$$Base[]; extern initcall_t initcall0init$$Limit[]; // ...其他段声明 initcall_t *fn; for(fn = initcall0init$$Base; fn < initcall0init$$Limit; fn++) { if(fn) (*fn)(); } // ...其他段遍历 }

5. 应用实例：双任务调度

5.1 任务创建与启动

static task_t timer_500ms; static task_t timer_1000ms; static void timer_500ms_cb(uint32_t event) { printf("task0 running...\n"); } static void timer_1000ms_cb(uint32_t event) { printf("task1 running...\n"); } int main(void) { HAL_Init(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); cola_timer_create(&timer_500ms, timer_500ms_cb); cola_timer_start(&timer_500ms, TIMER_ALWAYS, 500); cola_timer_create(&timer_1000ms, timer_1000ms_cb); cola_timer_start(&timer_1000ms, TIMER_ALWAYS, 1000); while(1) { cola_task_loop(); } }

5.2 定时器配置

void SystemClock_Config(void) { // STM32时钟树配置 // ... HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000); } pure_initcall(SystemClock_Config);