AUTOSAR OS对象详解之Task

2021年11月29日汽车技术评论12,7161阅读模式

前文提到，Autosar OS提供基于优先级的调度策略，具有可抢占属性和同步的机制，通过事件和资源的属性来实现。AUTOSAR中包含诸多对象（object），包括：Alarm，Application，Application mode，Counter，Event，ISR，Register Set，Resource，Schedule table，Spinlock，Task。今天详细阐述下AUTOSAR操作系统中对象中的任务和调度策略。

AUTOSAR OS对象详解之Task

阅读本文前，请先阅读《AUTOSAR之操作系统概览》，总体上掌握AUTOSAR OS的概览知识。

1 任务 — Task

在实时操作系统中，每个执行的动作都放在task里。代码需要按何种方式触发，就将代码放在对应的task中。AUTOSAR OS中提及的任务，包含两种类型，每个task类型又分两级Class1和Class2：

Basic Task：包含状态Ready，Running，Suspend
Extended Task：包含状态Ready，Running，Suspend和Waiting

1.1 Basic Task

Basic task是一个单点的task，意思是这个task在ready状态之后就会开始start执行，在执行过程中，它可能会被更高优先级的task抢占，但它会在抢占task完成之后继续执行。Basic task有三个状态：Ready，Running 和Suspend。默认状态是Suspend，这个task将通过显性调用转至Ready状态，如图1所示。Basic task不能等待一个指定的event或者作为延时等待。

Basic task的两个类型为BCC1和BCC2。BCC：Basic Conformance Class。

BCC1：task有唯一优先级，只有在suspended状态下才能激活。

BCC2：task可共享优先级，且能够被多次激活。激活次数可以配置。

如果出现多个task配置相同优先级，每个共享优先级的task在运行时会出现互斥。这种情况下，一个task在running状态，那么其他相同优先级的task不能抢占，只能在FIFO队列中排队等候。

Basic Task不能等待指定的时间或者延时一个时间段，因为它没有waiting状态。

考虑到实际应用，为了AUTOSAR SWC高效执行，应该分配唯一的task优先级并且使用内部资源来强行互斥，这点在配置中非常重要。

AUTOSAR OS对象详解之Task

图1 Task的状态

1.2 Extended Task

Extended Task通常存在无限循环，一旦进入Running状态，任务一般不会结束，可以在Waiting状态时进入到Sleep模式，等待某个时间的结果。

Extended Task存在四个状态，除了Basic Task的三个外，还有Waiting状态，如图1所示。

Extended Task当需要等待事件触发时，会从Running状态切换到Waiting状态。事件就是一个简单的系统对象，例如读取传感器的值。当事件触发，Task就会从Waiting状态切换到Ready状态。如果Extended Task正处于Waiting状态等待事件触发，那么低优先级的Task将被执行。

扩展任务也有两级ECC1和ECC2。ECC：Extended Conformance Class

ECC1：这种类型的Task能够等待事件并且有唯一的Task优先级。因此，ECC1 Task和BCC1 Task基本一致，只是多了Waiting状态。

ECC2：这种类型的Task可以等待事件触发的同时，能够和其他task有同样的优先级。但是这个Task必须按照激活指令工作，而不能像BCC2一样，ECC2不能被多次激活。

要注意，扩展任务不适合时序分析。AUTOSAR限制任何的分析给Basic Task和ISR，这些任务的优先级都高于扩展任务。什么意思呢？这意味着，系统的硬实时方面必须具有比最高优先级扩展任务更高的优先级。

总结一下，咳咳，划重点！

Basic task任务的释放，要么任务执行完成，要么有更高优先级的Task抢占，要么有中断产生。Extended Task除了以上三种情况，还可以处于等待事件触发状态，可以理解为“任务挂起”。
任务可以激活其他任务，当然也可以激活自己。
执行任务的前提是激活任务，即必须由Suspend→Ready→Running。
多个激活触发，可以将运行任务的激活保存下来，由调度表按照优先级执行调度。
任务通常包含程序代码的主要部分。
一个功能需求是通过不同任务的协同来实现的。
任务的激活都是通过外部触发的。
任务的结束只能由它自己完成。
等待事件的释放也是由任务自己完成的。

1.3 任务的属性

任务的配置过程中，共有五个属性：

Name

在建立Task时就要考虑，根据功能起个独特、易识别的名字。
Priority

分配任务的优先级，数字越大优先级越高。0是最低优先级，254是最高优先级，255为资源调度预留。
Activation

允许在排队中激活状态任务的最大数，一般配置为1。
Schedule

明确任务为抢占式任务还是协作式任务，这两个名词我们在讲解调度表和调度原则时展开。
Autostart

如果在StartOS()时开始，就需要定义该属性。

2 调度策略 — Scheduling Policy

了解了任务之后，必须要配合任务调度策略，理解效果才能更好。任务有了，但是它自己跑不起来，前面我们提到，任务的激活都是由外部触发，外部具体是什么，那就是调度策略决定的。

调度表的作用是用来执行任务切换，通过调度策略来实现。这个策略规定当一个任务停止执行的时候，另一个任务才应该启动。AUTOSAR操作系统指定了固定优先级的调度策略。

基于这个策略，每个任务被分配一个固定的优先级，如果多个任务同时进入到Ready状态，那么调度表将会以最高优先级的任务先执行。如果一个任务处于running，但是一个更高优先级的任务已经进入ready状态准备执行，那么这个更高优先级的任务就会抢占低优先级的任务。当更高优先级的任务执行完成，低优先级的任务才会被恢复到被抢占前的位置继续执行。

提到调度机制，首先我们要了解两个概念：抢占式和协作式。

操作系统将所有任务根据调度方式的不同，分为抢占式任务和协作式任务。

2.1 抢占式任务

抢占式任务：任务会在更高优先级任务激活后被抢占执行。

对于抢占式任务，调度表总是执行最高优先级的Ready Task，更高优先级的任务可以抢占低优先级的任务，在任务Running状态时也可以执行任务的切换。如图2所示。

AUTOSAR OS对象详解之Task

图2 抢占式任务和协作式任务对比

2.2 协作式任务

协作式任务：任务会自愿释放CPU资源。

对于协作式任务，调度表也总是执行最高优先级Ready Task，但是高优先级的任务不能抢占低优先级的任务。任务的切换，只能在任务结束时进行。如图2所示。

那么，抢占式任务和协作式任务有何优劣特点呢？

抢占式任务，看似有些“霸道”，但是却可以提供最大的灵活性和最小的数据块划分，能有效提高CPU的使用效率，更有效地响应系统需求，软件的维护和升级更加方便简洁。

协作式任务，如果任务执行时间不是很长或者RAM需要保存时，可以使用。

思考一个case，当一个任务特别长，足够长，这时候如果用协作式任务，那么它会一直执行不完成，占用这CPU资源，其他的任务无法进入，会有多糟糕。所以，这是，通过抢占式任务及时抢占，执行完高优先级的任务后，再继续执行该协作式任务。

在一个分区Application中，抢占式任务和协作式任务可以共存。

2.3 调度表

调度表（Schedule tables），是包含了很多调度点的表，AUTOSAR OS中一般这么用调度表，比如有1ms，2ms，5ms 三个周期需要调度的任务，那么会根据公约数，生成一个表，这个表在1ms 处调度1ms任务，2ms处调度1ms和2ms任务，4ms处调度1ms和2ms任务，5ms处调度1ms和5ms任务，10ms处调度1ms，2ms，5ms任务，然后按照这样的关系循环，这就是所谓的调度表。目前有部分主流的Autosar开发商使用这种方式进行任务的调度。当然，Schedule Table有自己的状态机，Schedule Table调度方式最大的好处在于保持调度的同步性。

最后，列举几个在操作系统中使用到的调度函数，不展开介绍了，基本从名字也能看出是什么接口。比如，TerminateTask()就是任务结束时调用的，ChainTask()是任务结束时调用，同时连接到下一个任务。

详细的解释可以参看《AUTOSAR_SWS_OS.pdf》，后台回复【SWS OS】获取。