setjmp构建简单协作式多任务系统

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摘要：讨论一个利用标准C语言setjmp库函烽实现查询式协作多任务系统，给出完整的内核和样例程序并对源代码进行说明。该系统具有简单易用的特点，只需要编写存取堆栈指针的宏就可方便地移植到新的平台上。文章详述了系统的优缺点，讨论一些性能扩展的方法。该内核适用于中小规模的嵌入式软件。

    关键词：协作式多任务 C语言 setjmp

引言

本文介绍的是利用标准C语言setjmp库函数实现的具备此特点的协作式多任务系统。从本质上讲，实时多任务操作系统应该具备按照优先级抢占调度的内核。然而，在实际应用中，抢中式的多任务某种程序上带来了用户程序设计时数据保护的困难，并且，具备抢占功能的多任务内核设计时困难也比较多，这会增加操作系统自身的代码，也使它在小资源单片机系统中应用较少；而协作多任务系统的调度只在用户指定的时机发生，这会大大简化内核和用户系统的设计，尤其本文实现的系统通过条件查询来放弃CPU，既符合传统单片机程序设计的思维，又带来了多任务、模块化、可重入的编程便利。

Setjmp是标准C语言库函数的组成部分，它可以实现程序执行中的远程转操作。具体来说，它可以在一个函数中使用setjmp来初始化一个全局标号，然后只要该函数未曾返回，那么在其它任何地方都可以通过longjmp调用来跳转到setjmp的下一条语句执行。实际上，setjmp函数将发生调用处的局部环境保存在一个jmp_buf的结构当中，只要主调函数中对应的内存未曾释放（函数返回时局部内存就失效了），那么在调用longjmp的时候就可以根据已保存的jmp_buf参数恢复到setjmp的地方执行。我们的系统中就是分析了setjmp标准库函数的特点，以简单的方式实现了协作式多任务。

1 演示程序

为了便于理解，首先给出多任务演示程序的源代码。这个程序演示了协作式多任务切换、任务的动态生成、多任务共用代码等功能，一共使用了init_coos初始化根任务（也就是C语言main函数）、creat_task创建新任务和WAITFOR查询条件这3个基本的系统调用。由于面向嵌入式系统，因而程序不会中止并且运行中也没有进行任何输出，需要借助适合的调试工具来理解多任务系统的运行。

example.c文件清单：

#include<stdlib.h>

#include“co-os.h”

void tskfunc1(int argc,void *argv);

void tskfunc2(int argc,void *argv);

void subfunc(void);

volatile int cnt,test;

int main(void){

int i;

init_coos(400);

creat_tsk(tskfunc1,12,NULL,400);

creat_tsk(tskfunc2,0,NULL,400);

i=0；

while(1){

WAITFOR(cnt= =8);

while(i++<cnt)test=i;

cnt++;

}

}

void tskfunc1(int argc,void *argv){

int i;

static int creat=0;

if(!creat){

creat_tsk(tskfunc1,9,NULL,400);

creat=1;

}

i=0；

while(1){

WAITFOR(cnt>argc);

test=0x55;

/*使用函数调用在子程序中测试WAITFOR*/

subfunc()；

while(i++<cnt)test=i^0xAA;

}

}

void tskfunc2(int argc,void *argv){

while(1){

WAITFOR(++cnt>15);

cnt=0;

}

}

void subfunc(void){

int i;

WAITFOR(cnt<5);

for(i=0;i<++)test=0x10*i；

}

2 内核构成

内核包括一个供外部用户程序包含的头文件（co-os.h）和具体实现的源文件（co-os.c），它们提供了演示程序中用到的3个系统调用。

内核的实现代码假定了CPU堆栈是向下增长的，并且通过宏来直接操作堆栈指针。以下代码在Microsoft VC6 for x86、Borland C++ Builder 5.5、SDS CrossCode7.0 for 68K和GCC3.2 for AVR四种平台中测试过，只需在co-os.h头文件中定义相应的平台类型即可顺利编译。

（1）co-os.h文件清单

#include<setjmp.h>

/*选择X86_VC6，X86_BC5，AVR_GCC或M68H_SDS.*/

#define X86_VC6

#define MAX_TSK 10

typedef struct {

void (*entry)(int argc,void *argv);

jmp_buf env;

int argc;

void *argv;

}TVB;

extern TCB tcb[MAX_TSK];

extern int task_num,tskid;

void init_coos(int mainstk);

int creat_tsk(void(*entry)(int argc,void *argv),int argc,void *argv,int stksize);

#define WAITFOR(condition)do{

setjmp(tcb[tskid].env);

if(!(condition)){

tskid++;

if(tskid>=task_num)tskid=0;

longijmp(tcb[tskid].env,1);

}

}while(0)

(2)co-os.c文件清单

#include "co-os.h"

#if defined(X86_VC6)defined(X86_BC5)

#define SAVE_SP(p) _asm mov p,esp

#define RESTORE_SP(p) _asm mov esp,p

#elif defined(AVR_GCC)

#include<io.h>

#define SAVE_SP(p) p=(int*)SP

#define RESTORE_SP(p) SP=(int)p

#elif defined(M68K_SDS)

#define SAVE_SP(p) asm("MOVE.L A7,{"#p"}")

#define RESTORE_SP(p) asm("MOVE.L {"#p"},A7")

#endif

TCB tcb[MAX_TSK];

Int task_num=1;

Int tskid;

Static int stktop,oldsp;

Void init_coos(int mainstk){

SAVE_SP(stktop);

stktop=stktop+sizeof(void(*)(void))/sizeof(int)

-(mainstk+sizeof(int)-1)/sizeof(int);

}

int creat_tsk(void(*entry)(int argc,void *argv),

int argc,void *argv,int stksize){

if(task_num>=MAX_TSK)terurn-1;

SAVE_SP(olds

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