張玲麗

摘 要：文中研究分析了ZigBee協(xié)議棧的OSAL運(yùn)行機(jī)理，并在此基礎(chǔ)之上，通過規(guī)范的編程流程，設(shè)計(jì)了一個行之有效的測試系統(tǒng)，很好地演示了OSAL如何實(shí)現(xiàn)多任務(wù)切換和處理機(jī)制，對后期基于協(xié)議棧的編程提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)議棧；OSAL；任務(wù)事件；技術(shù)支持

中圖分類號：TP39；TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-02

0 引 言

從ZigBee 2006協(xié)議棧開始，ZigBee協(xié)議棧內(nèi)加入了實(shí)時操作系統(tǒng)，主要制定了一個實(shí)現(xiàn)任務(wù)間切換、同步與互斥等的機(jī)制，而這就是操作系統(tǒng)表象層OSAL （Operating System Abstraction Layer，OSAL）產(chǎn)生的根源。OSAL與標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)存在一定區(qū)別，它只實(shí)現(xiàn)了類似操作系統(tǒng)的某些功能，如任務(wù)切換、內(nèi)存管理等，還不能稱為真正意義上的操作系統(tǒng)[1]。OSAL專門分配了存放所有任務(wù)事件的tasksEvents[]數(shù)組，每一個單元對應(yīng)存放著每一個任務(wù)的所有事件，在這個函數(shù)中首先通過一個do—while循環(huán)來遍歷tasksEvents[]，找到一個具有待處理事件的優(yōu)先級最高的任務(wù)，序號低的任務(wù)優(yōu)先級高，然后跳出循環(huán)，此時，就得到了最高優(yōu)先級任務(wù)的序號idx，然后通過events=tasksEvents[idx]語句將當(dāng)前具有最高優(yōu)先級的任務(wù)事件取出，接著調(diào)用（tasksArr[idx]）（inx，events）函數(shù)來執(zhí)行具體的處理。taskArr[]是一個函數(shù)指針數(shù)組，根據(jù)不同的idx可以執(zhí)行不同的函數(shù)[2]，其程序流程圖如圖1所示。

打開一個ZigBee工程文件，在左側(cè)通常可以看到三個文件，分別為“Coordinator.c”、“Coordinator.h”、“OSAL_GenericApp.c”。整個程序所實(shí)現(xiàn)的功能都包含在這三個文件中。首先打開Coordinator.c 文件，可以看到兩個比較重要的函數(shù)GenericApp_Init 和 GenericApp_ProcessEvent。GenericApp_Init是任務(wù)的初始化函數(shù)，GenericApp_ProcessEvent則負(fù)責(zé)判斷由參數(shù)傳遞的事件類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的事件處理函數(shù)[3]。我們的設(shè)計(jì)同樣需要遵循該流程，既要進(jìn)行任務(wù)初始化也需要完成開中斷執(zhí)行操作系統(tǒng)實(shí)體的功能?？梢詫⒃摴ぷ骷?xì)化為初始化工作、事件的設(shè)置和響應(yīng)、編寫任務(wù)事件處理函數(shù)。本文設(shè)計(jì)了一個驗(yàn)證該運(yùn)行機(jī)理的演示代碼，展示了不同優(yōu)先級的任務(wù)是如何按先后順序被初始化及跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的任務(wù)事件處理函數(shù)來執(zhí)行的效果。

1 初始化工作

在Zmain.c中首先應(yīng)啟動系統(tǒng)，即需要完成初始化功能，包括硬件平臺和軟件架構(gòu)所需的各個模塊，為操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好準(zhǔn)備。由于大部分初始化工作協(xié)議棧已設(shè)置好，此處我們只需特別設(shè)置的初始化工作包括初始化工作時鐘、初始化串口、初始化定時器、設(shè)置串口、使能中斷等，同時用戶自定義的事件也都需要放到任務(wù)初始化函數(shù)中進(jìn)行初始化，此過程分為兩步：

（1）將所有任務(wù)對應(yīng)的事件表清空，任務(wù)事件表保存在TaskEvents結(jié)構(gòu)當(dāng)中，該結(jié)構(gòu)是一個uint16類型的數(shù)組，數(shù)組的每一個元素對應(yīng)一個任務(wù)所有的事件，16位對應(yīng)了16個事件。其中最高位表示是否為系統(tǒng)事件，最高位為1，則表示為系統(tǒng)事件；最高位為0，則表示為非系統(tǒng)事件。

（2）為每個任務(wù)分配任務(wù)ID并初始化具體任務(wù)，任務(wù)ID決定了任務(wù)的優(yōu)先級，ID越小響應(yīng)的優(yōu)先級越高，在任務(wù)初始化函數(shù)中，最新初始化的任務(wù)ID最小，優(yōu)先級最高，ID依次遞增，最小ID為0，最大ID為TaskCont-1。其具體代碼如下：

void OS_IntTasks（ void ）

{

uint8 i，taskId = 0；

for（ i = 0； i < TaskCont； i ++ ）

{

TaskEvents[i] = 0；

}

testOsInt（ taskId++ ）； //增加任務(wù)初始化，確定任務(wù)ID

}

倘若需要增加更多任務(wù)，只需在testOsInt（ taskId++ ）注冊新任務(wù)即可。

2 事件的設(shè)置和響應(yīng)

任務(wù)事件的設(shè)置有兩種方式[4]：一種直接使用uint8osal_set_event（ uint8 task_id， uint16 event_flag ）函數(shù)來設(shè)置事件，該函數(shù)包含了兩個參數(shù)，即任務(wù)ID和事件標(biāo)志；另一種方法是設(shè)置一個超時事件。設(shè)置超時事件與直接設(shè)置事件的區(qū)別在于，超時事件不會立刻將事件加入到相應(yīng)任務(wù)的事件列表中，而是需要等待一定時間后才會加入，這個事件是通過設(shè)置函數(shù)的第三個參數(shù)來決定。

OSAL_STATE osal_start_timerEx（ uint8 taskID，uint16 event_flag，uint16 timeout_value ）{ }

從參數(shù)來看，該函數(shù)與osal_set_event函數(shù)相比，多了一個time_out_value參數(shù)，該參數(shù)用來設(shè)置超時值。該超時值的度量單位就是前面初始化timer1時設(shè)置的中斷節(jié)拍。

響應(yīng)任務(wù)事件首先需要得到準(zhǔn)備就緒任務(wù)的ID，得到就緒任務(wù)ID后就可以通過該ID號得到相應(yīng)的任務(wù)事件處理函數(shù)：events = （TasksFn[idx]）（idx， events），其中TasksFn為任務(wù)事件處理函數(shù)表，表中的函數(shù)與任務(wù)ID號相對應(yīng)。本設(shè)計(jì)只定義了一個任務(wù)響應(yīng)函數(shù)：const OSEventHandle TasksFn[] = {testOsProcess；}，其可將任務(wù)進(jìn)程注冊到任務(wù)函數(shù)指針列表中。endprint

在該設(shè)計(jì)中增加了一個超時事件，即在osal_start_timerEx函數(shù)中調(diào)用了osalAddTimer函數(shù)[5]，將事件加入到系統(tǒng)時鐘資源當(dāng)中。該系統(tǒng)時鐘資源由一個結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)定義，其原型如下：

typedef struct

{

void *next；//指向下一個節(jié)點(diǎn)

uint16 timeout；//超時事件中的超時值保存在此處，當(dāng)該值減到0時，將該時鐘資源記錄的任務(wù)事件增加到事件列表當(dāng)中

uint16 event_flag；//事件標(biāo)識

uint8 task_id；//任務(wù)ID

} osalTimerRec_t；

在系統(tǒng)輪詢時，除了對任務(wù)事件進(jìn)行查詢外，還增加了掃描事件查詢函數(shù)OS_Scan（），在該函數(shù)里對timer1的中斷服務(wù)函數(shù)進(jìn)行自增運(yùn)算，每次在OS_Scan中清零，而temp則記錄了mcuTimerCounterForOSAL的拷貝，即每次輪詢花費(fèi)的系統(tǒng)時間。但關(guān)鍵在于OSALTimerUpdate函數(shù)若導(dǎo)致超時，則會將設(shè)置有事件標(biāo)識的時鐘資源的超時值進(jìn)行自減，將運(yùn)行時間在timerout中減去，一旦判斷timerout值為0，便將相應(yīng)的事件進(jìn)行設(shè)置，同時取消該超時事件記錄。

本設(shè)計(jì)分別采用直接設(shè)置事件法和設(shè)置超時事件法來設(shè)置以下兩個事件：

（1）在任務(wù)號為testOSTaskID的任務(wù)中設(shè)置系統(tǒng)事件0x8000和非系統(tǒng)事件0x0001，osal_set_event（testOSTaskID，0x8001 ）；

（2）在任務(wù)號為testOSTaskID的任務(wù)中設(shè)置超時事件0x0002，打開定時器，并設(shè)置超時值為3 000 ms，osal_start_timerEx（testOSTaskID， 0x0002， 3000）。

3 編寫任務(wù)處理函數(shù)

本設(shè)計(jì)需要在Coordinator.c中增加對應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù)，在任務(wù)處理函數(shù)中實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)事件0x8000、非系統(tǒng)事件0x0001和超時事件0x0002的處理。對應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù)如下：

uint16 testOsProcess（ uint8 taskId， uint16 events ）

{

//系統(tǒng)任務(wù)

if（ events & 0x8000 ）

{

uartsendstring（（void *）”O(jiān)S SYS events＼r＼n”，15）；

return events ^ 0x8000；

}

//串口信息任務(wù)

if（ events & 0x0001 ）

{

uartsendstring（（void *）”O(jiān)S test events＼r＼n”，16）；

return events ^ 0x0001；

}

if（events & 0x0002 ）

{

uartsendstring（（void *）”O(jiān)S Timer events＼r＼n”，17）；

osal_start_timerEx（testOSTaskID， 0x0002， 3000）；//打開超時定時器，3 s超時

return events ^ 0x0002；

}

return 0；

}

對于0x8000事件，通過串口發(fā)送”O(jiān)S SYS events＼r＼n”字符串；對于0x0001事件，通過串口發(fā)送”O(jiān)S test events＼r＼n”字符串；對于0x0002事件，通過串口發(fā)送”O(jiān)S Timer events＼r＼n”字符串，并周期性設(shè)置該事件。

4 結(jié) 語

為了驗(yàn)證OSAL是如何按照處理事件的優(yōu)先級順序來依次處理事件的，將上述編寫好的代碼組織形成工程文件，并下載到相關(guān)硬件開發(fā)板或平臺上，采用串口通信線把網(wǎng)關(guān)底板和計(jì)算機(jī)連接起來。打開串口調(diào)試助手并正確設(shè)置后，從串口輸出數(shù)據(jù)，其視圖如圖2所示，先顯示OS SYS events，然后顯示OS test events，之后每間隔3 s顯示一次OS Timer events。

由此可見，操作系統(tǒng)是優(yōu)先處理系統(tǒng)強(qiáng)制事件，然后處理用戶自定義事件。由于本設(shè)計(jì)中事件1和事件2的優(yōu)先級一樣，因此優(yōu)先處理先準(zhǔn)備好的事件，由于設(shè)置定時器事件時設(shè)置了3 s的超時，因此交換兩事件的任務(wù)ID號后處理和顯示的順序不變。如果有多個同時準(zhǔn)備好的時間，系統(tǒng)會按照任務(wù)ID號從小到大的順序依次處理。本設(shè)計(jì)為展示ZigBee協(xié)議棧里所包含的精簡OS系統(tǒng)如何進(jìn)入任務(wù)輪詢狀態(tài)并按照一定的任務(wù)優(yōu)先級進(jìn)入任務(wù)事件處理，提供了行之有效的測試方案。

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