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TinyTask是一个为资源受限的单片机设计的类协程任务调度系统、裸机框架。它采用类似协程的设计理念,通过非抢占式的协作调度方式,在资源受限的环境中实现高效的任务切换。提供简洁的API接口和事件机制,使嵌入式系统开发更加简单高效。

TinyTask 是一个裸机框架(非实时系统),具有以下特点:

• 支持多任务
• 支持多对多事件同步机制
• 提供多个常用组件

它有如下优点:

• 移植方便。整个系统,只需要提供系统时钟即可运行。
• 资源占用极小。采用协作式任务切换,每个任务仅需额外消耗RAM 40 Byte,ROM 100 Byte。
• 类RTOS接口。使用形式和RTOS的任务使用类似。

适用于实时性要求不高,又需要完成较多逻辑的场合。

1. 类协程任务调度:采用类似协程的协作式调度机制,无需复杂的上下文切换
2. 极低的内存占用:每个任务仅需极少的额外RAM开销
3. 无需RTOS:裸机运行,避免了传统RTOS的复杂性和资源消耗
4. 简单直观的API:类似顺序代码的编写方式,降低开发难度
5. 事件驱动机制:通过事件机制实现模块间的解耦
6. 跨平台兼容:使用device继承机制,统一的驱动接口,可在PC上进行仿真,易于移植到不同平台

在裸机编程中,没有统一的抽象范式。如果软件中存在多个任务,比如电机控制和LCD显示。通常会采用全局条件变量、状态机等方式去实现。任务间耦合严重,可移植性差。

TinyTask 试图提供一种抽象范式,并提供基本的任务管理能力、事件机制和设备抽象。以此提供更好的代码组织和可维护性,降低了任务间的耦合度,提高了代码的可移植性。

在资源受限的嵌入式系统中,运行完整的实时操作系统(RTOS)往往会占用大量的系统资源,包括:

• RAM: 以FreeRTOS为例,每个任务都需要独立的栈空间,通常为256(削除) 512字节,10个任务就需要2.5K (削除ここまで)5K的RAM。任务稍微复杂点,空间占用就可能翻倍增长。
• ROM: FreeRTOS完整内核代码需要占用约8~10K的程序空间
• CPU: 任务切换和系统调用会带来5~10%的性能开销

这些开销在实时操作系统中是无法被进一步缩减的,每个任务都需要独立的栈空间和上下文环境,这个开销过程在于:

• 保存当前任务的寄存器状态(通用寄存器、程序计数器、栈指针等)
• 从内存加载下一个任务的上下文
• 恢复下一个任务的寄存器状态

这些资源开销对于RAM只有几K、Flash只有几十K的小型单片机来说是一个不小的负担。

TinyTask作为一个更轻量的任务调度方案,它只是一个裸机框架,只解决基本的任务管理,任务通讯,并且对上层应用友好。它不需要独立的任务栈空间,没有上下文切换的开销,没有复杂的调度算法,是资源受限环境下的理想选择。

TinyTask也可以作为协程工作在RTOS的task中。

• RAM:>1KB左右
• ROM:>1KB左右

• core/: 核心功能实现,包括任务调度、事件机制等
• component/: 组件库,包含各种功能组件
• example/: 示例程序
• tools/: 辅助工具
• build/: 构建输出目录

#include "tt_task.h"
tt_task_t task1;
void task1_func(void *arg)
{
 TT_TASK_START;
 while (1) {
 // 任务代码
 TT_TASK_DELAY_MS(1000); // 延时1000毫秒
 }
 TT_TASK_END;
}
int main()
{
 tt_task_init();
 init_systick(); // 初始化系统滴答计时器
 
 tt_task_create(&task1, "task1", task1_func);
 
 tt_task_start_schedule(); // 启动调度器
 
 return 0;
}

可以看到,其使用方法和rtos基本接近。

// 注册事件
TT_EVENT_REGISTER(EVENT_MASK);
// 等待事件
TT_TASK_WAIT_EVENT(EVENT_MASK, timeout);
// 发送事件通知
tt_event_notify(EVENT_MASK);
// 清除事件
TT_TASK_CLEAR_EVENT(EVENT_MASK);

项目示例程序使用CMake构建系统

mkdir build && cd build
cmake ..
make

注:移植到单片机上需使用单片机的IDE。我仅在Linux下进行了开发和测试。 详细的讲解,请参考知乎文章:https://zhuanlan.zhihu.com/p/1893061295797953982 ,或者微信公众号文章:https://mp.weixin.qq.com/s/Ut9G7X7YOTZWkntSjPxmOQ

TinyTask提供了多个示例程序,帮助开发者快速理解和使用本系统:

展示TinyTask最基本的任务创建和调度功能,包括两个独立的周期性任务。

查看基础示例

演示TinyTask的事件机制,通过事件实现任务间的通信与同步。

查看事件驱动示例

展示TinyTask的设备驱动接口和按键事件处理机制,演示如何结合任务调度和事件系统实现设备驱动。

查看设备驱动测试

基于SDL2的LCD显示模拟器,演示TinyTask如何控制图形显示和动画效果。

查看LCD模拟器示例

上述所有的案例在PC上测试(当前仅在Ubuntu 22.04上测试)

查看STM32示例 基于STM32平台上运行TinyTask的示例项目,演示按键和LED的组合。

TinyTask 采用MIT许可证开放源代码。