玩转Autosar OS任务调度机制

lidenghui

在单片机的操作系统中，我们最常用的就是周期性任务。周期型任务调度一般是基于定时器，当定时器中断触发(常见为1ms触发一次)，来执行任务切换。事件型任务是基于事件的，如接收到某个任务之后来触发某个任务。
开源操作系统

任务创建
在进入main函数后，我们一般会创建一个start_task，在这个任务中执行外设初始化及其他任务的创建。在μcos和freertos中，通过TaskCreate等创建完任务后，假如需要任务一直被调度(如周期性任务)，需要加上while(1)或者for(;;)循环。常见的周期性任务如下所示。


任务调度
在任务创建时一般会赋予任务一个优先级，对于μcos-ii来说，每个任务的优先级不能一样(unique)，对于freertos而言，多个任务可以共享同一个优先级。μcos和freertos任务创建后都会占用一个空闲位置。每次发生任务调度时，μcos通过查表法(预先设置好一个数组OSUnMapTbl[256]，它表示最低位1所在的位置)查找到最高优先级，然后找到对应的TCB，最终找到最高的任务去运行，而freertos通过就绪链表来找到就绪的最高优先级任务。在时间片轮转中，是通过一个系统滴答的时钟中断，在中断中找到高优先级的任务。常见的ARM-M3/M4处理器，这个时候会再去触发PendSV中断，在PendSV中断函数中执行任务切换的上下文切换操作，在退出中断后，即可运行此时就绪的最高优先级的任务。
Autosar OS

原理介绍
Autosar OS的时间片轮转原理和开源OS类似，但由于任务都是静态配置的，因此可以生成一系列的表，直接查表获取当前需要运行的任务。周期任务的激活机制可以通过Alarm或者Schedule Table来实现。
Alarm
一个Alarm对应于1个任务。一般用硬件定时器(Gpt)作为操作系统的滴答时钟，Alarm需要引用一个与它在一个核上的操作系统的滴答时钟，当它的计数值达到时就可激活对应的任务。因此至少需要1个OS Counter + 多个Alarm来实现多个静态任务的激活机制。
Schedule Table
Schedule Table通过expiryPoint来激活任务。每个expiry point包含：1个或者多个的动作，这个动作可以用来激活任务，也可以用来设置事件；相对于Schedule Table起始的偏移量。因此对于多个任务，我们只需要用一个Schedule Table，里面定义多个expiry points即可实现任务激活机制。


Schedule Table可以通过调用一些服务函数进入不同的状态，如下图所示。



当Schedule Table处于SCHEDULETABLE_RUNNING状态时，操作系统就可以处理Schedule Table中的expiry points，因此在Rte启动时，我们需要调用StartScheduleTable来启动ScheduleTable。Schedule Table可以配置为单次(single-shot)或者重复运行(repeating)。顾名思义，单次运行就是运行一次就结束了，一般用于同一个触发源触发一些动作。而重复进行，即根据Schedule Table配置的duration重复运行，它会轮流处理每一个expiry point，即在处理完最后一个expiry point，又会回到第一个expiry point，这个对于周期性的任务调度就很有用处了！
Schedule Table VS Alarm
Schedule Table相对于Alarm来说还有一个最大的优势，就是不同核上的任务同步。由于一个Alarm只能对应一个task，而一个expriy point可以包含多个task,所以假如有两个核的任务需要做同步,那么假如用Alarm触发，将会很难做两个Alarm的同步。同时，对于很多域控来说，还需要通过Autosar StbM模块做时间同步来实现精确控制，最终需要修正任务的调度周期，也是通过调用SyncScheduleTable来实现的。
配置

Alarm

OsAlarmCounterRef：Alarm使用的OS Counter

OsAlarmActivateTaskRef:将要被这个Alarm激活的任务，从创建的task中选择

OsAlarmAutostart:配置这个选项表面Alarm将会在OS启动后根据application的模式自动启动。

OsAlarmAlarmTime：Alarm第一次超时的时间。

OsAlarmAutostartType：Alarm第一次超时的时间类型，ABSOLUTE：Alarm通过SetAbsAlarm函数启动；RELATIVE：Alarm通过SetRelAlarm函数启动

OsAlarmCycleTime：Alarm的循环时间，如果为0，则Alarm只运行一次(notcyclic)

Schedule Table
我们创建了两个任务：5ms和10ms，那么就会生成一个duration为10(任务周期的最小公倍数)的Schedule Table，然后生成3个expiry points，分别在offset为0（schedule table的0时刻）触发5ms和10ms的任务、offset为5只触发5ms的任务、offset为10触发5ms和10ms的任务。




OsScheduleTableDuration:Schedule Table的持续时间（长度，从第一个expirypoint到最后一个expiry point）；

OsScheduleTableRepeating：ScheduleTable的类型，True：Repeating;False:Single-shot

OsScheduleTableCounterRef:Schedule Table使用的OS Counter；

OsScheduleTableAutostartType：ScheduleTable的启动类型，ABSOLUTE：通过StartScheduleTableAbs函数启动；

OsScheduleTblExpPointOffset：expiry point被执行的时间(相对于scheduletable的0点的偏移)；

OsScheduleTableTaskActivation：scheduletable激活的task。

自启动任务
我们在freertos或者μcos中都会在StartOS前需要先创建一个用户任务，而Autosar OS也是如此。它要求在一个CPU中，至少要有一个AppMode。同时介绍<<EcuM功能分析及实现(上)之STARTUP>>启动时，为了拿回控制权，我们需要设置一个自启动的任务且EcuM_StartUpTwo作为任务中的第一个执行动作，这个其实也就是我们的用户任务。我们可以通过OsTaskAutoStart这个选项将任务和AppMode结合起来。


OsTaskAutostart：配置了这个选项，就表明任务在启动启动时就会被激活。

OsTaskAppModeRef：关联到AppMode.