一种简洁、可拓展的RTOS任务初始化设计
随着写代码功力的提升，个人对于代码的整洁、优雅、可维护、易拓展等就有了一定的要求，虽然自己曾经就属于那种全局变量满天飞，想到哪里写到哪里的嵌入式软件工程师；但是这一切在现在来说必须要结束了！要想做一个好的项目，我们时刻都要去想它的框架如何设计，如何去兼容未来的拓展，以便我们构建一个优雅、整洁、易维护、易拓展的程序，少出问题，少加班，拿高薪；因此，我们必须在代码的设计上利用编程语言的特性来下一些功夫。
在之前，我就经常发现很多工程师在写rtos代码的时候存在如下问题：
随意定义任务的位置，随意初始化任务代码。
由于任务函数初始化参数过多，当同时创建多个任务时，任务初始化函数写得非常长，非常难看。
例如我之前写的这个rt-thread的项目：
码云仓库：
git clone https://gitee.com/morixinguan/personal-open-source-project.git
部分代码如下：
/***************按键处理任务*************/#define key_task_priority 3#define key_task_size 2000static rt_thread_t key_task_thread = rt_null;static void start_key_task(void *parameter);/***************按键处理任务*************//***************传感器任务处理*************/#define sensor_priority 4#define sensor_task_size 2048rt_sem_t sensor_data_sem = rt_null;static rt_thread_t sensor_task_thread = rt_null;/*状态栏更新线程入口函数 */static void startsensor_task(void *parameter);/***************传感器任务处理*************//***************控制任务处理*************/#define control_priority 5#define control_task_size 2048static rt_thread_t control_task_thread = rt_null;/*控制任务更新线程入口函数 */static void startcontrol_task(void *parameter);/***************控制任务处理*************/......省略...../*启动其它任务*/void start_other_rt_thread(void){ /*1、创建按键线程*/ key_task_thread = rt_thread_create(key_th, start_key_task, rt_null, key_task_size, key_task_priority, task_timeslice); /* 如果获得线程控制块，启动这个线程 */ if (key_task_thread != rt_null) rt_thread_startup(key_task_thread); /*2、创建控制线程*/ control_task_thread = rt_thread_create(con_th, startcontrol_task, rt_null, control_task_size, control_priority, task_timeslice); /* 如果获得线程控制块，启动这个线程 */ if (control_task_thread != rt_null) rt_thread_startup(control_task_thread); menu_init(); //关指示灯 hal_gpio_writepin(board_led_gpio_port, board_led_pin, gpio_pin_reset);}
其实这个看起来还算舒服一点，至少它的位置是比较统一的，而且任务并不算很多；但是如果任务更多，这个代码看起来就会很长，比如我找来的下面这个代码，具体就不说是哪位小伙伴写的了：
static void apptaskstart (void *p_arg){ os_err err; cpu_sr cpu_sr = 0; uint8_t test[10]; (void)p_arg; bsp_init(); cpu_init(); delay_init(168); uart_init(9600); txdmaconfig(); rxdmaconfig((uint32_t)g_usart1rxbuf0,(uint32_t)g_usart1rxbuf1,usart1bufsize); usart1_rxcallback = usart1_dmarxcallback; __hal_dma_enable(&uart1rxdma_handler); rtc_init(); printer_init(); w25qxx_init(); lcd_bsp_init(); lcdinit(); adc_bsp_init(); nixietube_bspinit(); menusysteminit(); offplay(); sram_init(); ch456if_init(); ch456_test(); my_mem_init(sramex); /* 初始化外部sram */ data_init(); /* 初始化数据存储模块 */#if os_cfg_stat_task_en > 0u osstattaskcpuusageinit(&err);#endif#ifdef cpu_cfg_int_dis_meas_en cpu_intdismeasmaxcurreset();#endif#if os_cfg_sched_round_robin_en //时间片轮度算法 osschedroundrobincfg(def_enabled,1,&err); #endif os_critical_enter(); /*mutex create zone:begin*/ osmutexcreate((os_mutex* )&test_mutex, (cpu_char* )test_mutex, (os_err* )&err); osmutexcreate((os_mutex* )&flash_mutex, (cpu_char* )flash read mutex, (os_err* )&err); /*mutex create zone:end*/ /*user task create zone:begin*/ ostaskcreate(&usbprocesstasktcb, usb process task, usbprocesstask, 0u, usb_cfg_process_task_prio, usbprocesstaskstk, usbprocesstaskstk[usb_cfg_process_task_stk_size / 10u], usb_cfg_process_task_stk_size, 0u, //message amount 0u, 0u, (os_opt_task_stk_chk | os_opt_task_stk_clr), &err); ostaskcreate(&tesktasktcb, /* create the start task */ test process task, testprocesstask, 0u, test_cfg_process_task_prio, testprocesstaskstk, testprocesstaskstk[test_cfg_process_task_stk_size / 10u], test_cfg_process_task_stk_size, 0u, //message amount 0u, 0u, (os_opt_task_stk_chk | os_opt_task_stk_clr), &err); os_critical_exit(); while (def_true) { udp_flag |= lwip_send_data; ostimedlyhmsm(0u, 0u, 0u, 100u, os_opt_time_hmsm_strict, &err); }}
难受吗？至少我是觉得很难受的！解决这个问题可以使用一种简单的、可扩展的rtos初始化设计模式，这个设计模式的原则就是创建一个通用的初始化函数，然后这个函数可以遍历rtos初始化配置表来初始化所有的任务，让我们来看看如何创建这样的设计模式。
1、创建任务初始化结构
第一步是检查 rtos 的任务创建函数，并查看初始化任务所需的参数。任务初始化结构只是一个包含初始化任务所需的所有参数的结构。但是不同的rtos之间可能不同，以freertos为例：
typedef struct{ taskfunction_t const taskptr; const char * const taskname; const configstack_depth_type stackdepth; void * const parametersptr; ubasetype_t taskpriority; taskhandle_t * const taskhandle; }freertostaskparams_t;
2、创建任务配置表
有了第1步所定义的结构体以后，我们就可以创建一个配置表了，这个配置表就包含了所有的任务以及初始化这些任务的所需的参数，例如：
freertostaskparams_t task_parameters_conf[] = { {(function_t)task_1, task_1,task_1_stack_depth, &telemetry, task_1_priority, null}, {(function_t)task_2, task_2,task_2_stack_depth, null , task_2_priority, null}, {(function_t)task_3, task_3,task_3_stack_depth, &telemetry, task_3_priority, null}, {(function_t)task_4, task_4,task_4_stack_depth, &telemetry, task_4_priority, null}, {(function_t)task_5, task_5,task_5_stack_depth, &telemetry, task_5_priority, null}, {(function_t)task_6, task_6,task_6_stack_depth, &telemetry, task_6_priority, null}, };
这个表里有很多参数我们还没有进行宏定义。这些都是我们将在应用程序中定义的用于初始化任务的参数。例如，每个任务的优先级可能都不一样，这里用一个宏，例如task_1_priority来进行表示。
3、创建初始化循环
创建任务配置表以后，初始化任务只用一个for循环就好了，然后将结构体数组里的各个参数分别对应到rtos创建任务的api里就可以了。例如，我们可以使用以下循环初始化任务：
#define nr(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))for(uint8_t count = 0; count < nr(task_parameters_conf); count++){ (void)xtaskcreate(task_parameters_conf[taskcount].taskptr, task_parameters_conf[taskcount].taskname, task_parameters_conf[taskcount].stackdepth, task_parameters_conf[taskcount].parametersptr, task_parameters_conf[taskcount].taskpriority, task_parameters_conf[taskcount].taskhandle);}
这里要注意的是，我们将(void)放在xtaskcreate前面，其实这样是表示我们在创建任务的时候忽略了xtaskcreate这个函数的的返回值。正常情况下，我们当前希望检查函数的返回值，这样可以增加整个程序的健壮性，但在这种情况下，我们将在初始化期间创建所有任务，并且不会出现任何内存问题。但是，我们可以依靠freertos malloc失败的钩子函数来捕获开发过程中的任何动态内存分配问题。或者，我们可以检查返回值，然后创建一个函数，这个函数在出现问题时进行检查和恢复。
4、结论
这种简单的rtos初始化的设计模式是可扩展的，可重用的，并且能够很容易进行修改。这是嵌入式软件工程师如何利用设计模式的一个很好的例子。这种设计模式可以与任何rtos一起使用。
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部分代码如下：
/***************按键处理任务*************/#define key_task_priority 3#define key_task_size 2000static rt_thread_t key_task_thread = rt_null;static void start_key_task(void *parameter);/***************按键处理任务*************//***************传感器任务处理*************/#define sensor_priority 4#define sensor_task_size 2048rt_sem_t sensor_data_sem = rt_null;static rt_thread_t sensor_task_thread = rt_null;/*状态栏更新线程入口函数 */static void startsensor_task(void *parameter);/***************传感器任务处理*************//***************控制任务处理*************/#define control_priority 5#define control_task_size 2048static rt_thread_t control_task_thread = rt_null;/*控制任务更新线程入口函数 */static void startcontrol_task(void *parameter);/***************控制任务处理*************/......省略...../*启动其它任务*/void start_other_rt_thread(void){ /*1、创建按键线程*/ key_task_thread = rt_thread_create(key_th, start_key_task, rt_null, key_task_size, key_task_priority, task_timeslice); /* 如果获得线程控制块，启动这个线程 */ if (key_task_thread != rt_null) rt_thread_startup(key_task_thread); /*2、创建控制线程*/ control_task_thread = rt_thread_create(con_th, startcontrol_task, rt_null, control_task_size, control_priority, task_timeslice); /* 如果获得线程控制块，启动这个线程 */ if (control_task_thread != rt_null) rt_thread_startup(control_task_thread); menu_init(); //关指示灯 hal_gpio_writepin(board_led_gpio_port, board_led_pin, gpio_pin_reset);}
其实这个看起来还算舒服一点，至少它的位置是比较统一的，而且任务并不算很多；但是如果任务更多，这个代码看起来就会很长，比如我找来的下面这个代码，具体就不说是哪位小伙伴写的了：
static void apptaskstart (void *p_arg){ os_err err; cpu_sr cpu_sr = 0; uint8_t test[10]; (void)p_arg; bsp_init(); cpu_init(); delay_init(168); uart_init(9600); txdmaconfig(); rxdmaconfig((uint32_t)g_usart1rxbuf0,(uint32_t)g_usart1rxbuf1,usart1bufsize); usart1_rxcallback = usart1_dmarxcallback; __hal_dma_enable(&uart1rxdma_handler); rtc_init(); printer_init(); w25qxx_init(); lcd_bsp_init(); lcdinit(); adc_bsp_init(); nixietube_bspinit(); menusysteminit(); offplay(); sram_init(); ch456if_init(); ch456_test(); my_mem_init(sramex); /* 初始化外部sram */ data_init(); /* 初始化数据存储模块 */#if os_cfg_stat_task_en > 0u osstattaskcpuusageinit(&err);#endif#ifdef cpu_cfg_int_dis_meas_en cpu_intdismeasmaxcurreset();#endif#if os_cfg_sched_round_robin_en //时间片轮度算法 osschedroundrobincfg(def_enabled,1,&err); #endif os_critical_enter(); /*mutex create zone:begin*/ osmutexcreate((os_mutex* )&test_mutex, (cpu_char* )test_mutex, (os_err* )&err); osmutexcreate((os_mutex* )&flash_mutex, (cpu_char* )flash read mutex, (os_err* )&err); /*mutex create zone:end*/ /*user task create zone:begin*/ ostaskcreate(&usbprocesstasktcb, usb process task, usbprocesstask, 0u, usb_cfg_process_task_prio, usbprocesstaskstk, usbprocesstaskstk[usb_cfg_process_task_stk_size / 10u], usb_cfg_process_task_stk_size, 0u, //message amount 0u, 0u, (os_opt_task_stk_chk | os_opt_task_stk_clr), &err); ostaskcreate(&tesktasktcb, /* create the start task */ test process task, testprocesstask, 0u, test_cfg_process_task_prio, testprocesstaskstk, testprocesstaskstk[test_cfg_process_task_stk_size / 10u], test_cfg_process_task_stk_size, 0u, //message amount 0u, 0u, (os_opt_task_stk_chk | os_opt_task_stk_clr), &err); os_critical_exit(); while (def_true) { udp_flag |= lwip_send_data; ostimedlyhmsm(0u, 0u, 0u, 100u, os_opt_time_hmsm_strict, &err); }}
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1、创建任务初始化结构
第一步是检查 rtos 的任务创建函数，并查看初始化任务所需的参数。任务初始化结构只是一个包含初始化任务所需的所有参数的结构。但是不同的rtos之间可能不同，以freertos为例：
typedef struct{ taskfunction_t const taskptr; const char * const taskname; const configstack_depth_type stackdepth; void * const parametersptr; ubasetype_t taskpriority; taskhandle_t * const taskhandle; }freertostaskparams_t;
2、创建任务配置表
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freertostaskparams_t task_parameters_conf[] = { {(function_t)task_1, task_1,task_1_stack_depth, &telemetry, task_1_priority, null}, {(function_t)task_2, task_2,task_2_stack_depth, null , task_2_priority, null}, {(function_t)task_3, task_3,task_3_stack_depth, &telemetry, task_3_priority, null}, {(function_t)task_4, task_4,task_4_stack_depth, &telemetry, task_4_priority, null}, {(function_t)task_5, task_5,task_5_stack_depth, &telemetry, task_5_priority, null}, {(function_t)task_6, task_6,task_6_stack_depth, &telemetry, task_6_priority, null}, };
这个表里有很多参数我们还没有进行宏定义。这些都是我们将在应用程序中定义的用于初始化任务的参数。例如，每个任务的优先级可能都不一样，这里用一个宏，例如task_1_priority来进行表示。
3、创建初始化循环
创建任务配置表以后，初始化任务只用一个for循环就好了，然后将结构体数组里的各个参数分别对应到rtos创建任务的api里就可以了。例如，我们可以使用以下循环初始化任务：
#define nr(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))for(uint8_t count = 0; count < nr(task_parameters_conf); count++){ (void)xtaskcreate(task_parameters_conf[taskcount].taskptr, task_parameters_conf[taskcount].taskname, task_parameters_conf[taskcount].stackdepth, task_parameters_conf[taskcount].parametersptr, task_parameters_conf[taskcount].taskpriority, task_parameters_conf[taskcount].taskhandle);}
这里要注意的是，我们将(void)放在xtaskcreate前面，其实这样是表示我们在创建任务的时候忽略了xtaskcreate这个函数的的返回值。正常情况下，我们当前希望检查函数的返回值，这样可以增加整个程序的健壮性，但在这种情况下，我们将在初始化期间创建所有任务，并且不会出现任何内存问题。但是，我们可以依靠freertos malloc失败的钩子函数来捕获开发过程中的任何动态内存分配问题。或者，我们可以检查返回值，然后创建一个函数，这个函数在出现问题时进行检查和恢复。
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