任务调度模块总体设计

模块设计

• OS初始化接口

• 任务创建接口

• OS启动接口

接口设计

OS初始化接口

函数签名

主要功能

• 初始化机器相关部分：如栈对齐，初始化堆栈等
• 函数签名

• 初始化全局变量：即为所有的全局变量赋一个初始值
• 函数签名
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由于Rust要求静态全局变量一定要初始化，因此本函数没有存在的必要

• 初始化就绪队列：为就绪队列相关变量赋初始值
• 函数签名
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同样的，本函数也没有存在的必要

• 初始化TCB：分配TCB空间
• 函数签名
• 问题与设计思路
• 问题：TCB大小不确定
• 分析：如果按照原有uC/OS代码照搬的话会出现TCB大小不确定而无法预先确定TCB所需空间的问题。出现这个问题主要是因为Future的引入
• 设计思路：按照Embassy的解决方式，先预先大致分配一段静态内存空间，其大小将由用户设置的任务数量以及TCB大小决定。而TCB的声明以及链表的创建推迟到创建任务的阶段。而链表的创建甚至可以推迟到OS启动的阶段。（不能推迟到OS启动时进行链表创建，因为操作系统启动之后还有可能创建任务）。
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还有一种设计思路是采用Future指针的方式将所有TCB的大小统一，但这样无法保证Future对象的生命周期是静态的。 由于分配空间由静态分配器栈分配器Arena实现，因此如果按照上述思路使用栈分配器实现，则本函数也没有存在的必要

• 初始化Idle任务：即创建Idle任务
• 函数签名
• 问题与设计思路
• 问题：是否需要Idle任务。
• 分析：在uC/OS中的Idle任务所实现的功能仅仅是更新Idle计数器并调用用户自定义的OSTaskIdleHook 函数。如果用户没有定义OSTaskIdleHook函数进行一些有意义的操作，就将使CPU/MCU处于忙等状态。
• 设计思路：借鉴Embassy的方式，当没有任务执行时通过wfe指令使MCU进入低功耗模式。而在进入低功耗模式前，我们也将更新Idle计数器并调用OSTaskIdleHook 函数以便用户更好地自定义系统相关行为。
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需要注意的是，这种实现与原有的uC/OS并不兼容。 如果按照上述的实现方式，本函数也没有存在的必要

任务创建接口

函数签名

主要功能

• 初始化TCB：根据任务创建函数的参数声明（claim）TCB，并初始化相关链表
• 函数签名
• 问题一：如何区分传入的任务函数是一个异步函数还是一个普通函数
• 设计思路
1. 提供两个任务创建的接口，一个用于创建异步任务，一个用于创建普通任务
2. 提供一个任务创建的接口，通过宏实现函数的类型判断。
3. 提供一个任务创建的接口，通过trait bound实现函数类型的判断。
• 问题二：如何将异步函数和普通函数统一处理
• 设计思路：在经过函数类型判断之后强行为普通函数套上async，并根据async函数返回的Future进行任务创建

• 调度：由于任务创建并不一定是在操作系统启动前创建的。所以如果创建任务时如果操作系统正在运行，则需要进行重调度。本被调函数放在OS启动部分进行设计

OS启动接口

函数签名

主要功能

• 启动调度
• 函数签名
• 设计思路：在uC/OS中，每次调度之前将先找到最高优先级的任务，然后再进行上下文切换。而在Embassy中，无论是决定下一个被执行的协程，还是协程的执行，都是在执行器的poll函数中实现的。在Rust-uC/OS中，我们将采取Embassy的措施，将所有调度执行相关的部分都封装进执行器的poll接口中，这样不仅能让OS启动接口所带来的封装性更强，也可以减少许多全局静态变量的定义
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能减少全局静态变量的定义是由于我们可以将OSTCBCur等与调度相关的全局静态变量作为执行器的成员变量。而执行器我们将使用类似rCore中文件系统的定义实现。

辅助接口

alloc接口

• 主要功能：用于在Arena中分配一个TCB的空间

• 设计思路：可以直接借助Embassy的栈分配器Arena实现

poll接口

• 主要功能：启动调度

• 设计思路：总体思路可以参考Embassy执行器poll函数的实现。
在Rust-uC中，与Embassy的实现主要有两个不同
• 选取任务时需要通过优先级位图法选取最高优先级的任务执行。
• 需要考虑换栈的问题

数据结构设计