uCOS-III 学习记录（7）——就绪列表

喜气洋洋过虎年！预祝各位明年会有更大的进步！

参考内容：《[野火]uCOS-III内核实现与应用开发实战指南——基于STM32》第 11 章。

1 就绪列表和任务控制块的定义（os.h）

1.1 任务控制块链表 OS_TCB

在定义就绪列表之前，先修改一下 TCB 的内容。

TCB 是一条双向链表，每个节点都包含以下内容：

• 任务栈指针 StkPtr；
• 任务栈大小 StkSize；
• 任务阻塞时长 TaskDelayTicks；
• 任务的优先级 Prio；
• 前向指针域 PrevPtr 和后向指针域 NextPtr。

/*----------------------TCB---------------------------*/
/* TCB 重命名为大写字母格式 */
typedef struct os_tcb	OS_TCB;

/* TCB 数据类型声明 */
struct os_tcb{
	CPU_STK			*StkPtr;
	CPU_STK_SIZE	StkSize;
	
	OS_TICK			TaskDelayTicks;		/* 任务延时多少个 Ticks，注意 1 个 Ticks 为 10ms */
	
	OS_PRIO			Prio;
	
	OS_TCB			*NextPtr;
	OS_TCB			*PrevPtr;
};

1.2 就绪列表 OS_RDY_LIST

和 TCB 不同，os_rdy_list 不是一个链表，它只是一个纯粹的结构体，存储着：

• TCB 链表的头结点 HeadPtr；
• TCB 链表的尾结点 TailPtr；
• TCB 链表的节点个数 NbrEntries，即有多少个任务。

/*---------------------OS_RDY_LIST----------------------------*/
/* 就绪列表重命名为大写字母格式 */
typedef struct os_rdy_list	OS_RDY_LIST;

/* 就绪列表数据类型声明，将 TCB 串成双向链表 */
struct os_rdy_list{
	OS_TCB		*HeadPtr;
	OS_TCB		*TailPtr;
	OS_OBJ_QTY	NbrEntries;		/* 同一个索引下有多少个任务 */
};

1.3 全局变量定义

• 就绪列表数组 OSRdyList：数组元素个数是我们定义好的最大支持优先级。比如我们定义了支持的优先级是 32，则就绪列表数组有 32 个元素；

这意味着，每个数组元素都将存放与 TCB 相关的信息：TCB 链表的头指针、尾指针以及节点个数，我们可以视为每个数组元素存放着一条 TCB 双向链表。

• 当前优先级 OSPrioCur；
• 最高优先级 OSPrioHighRdy；
• 当前任务 OSTCBCurPtr；
• 最高优先级任务 OSTCBHighRdyPtr。

OS_EXT 	OS_TCB			*OSTCBCurPtr;
OS_EXT	OS_TCB			*OSTCBHighRdyPtr;

OS_EXT	OS_PRIO			OSPrioCur;		/* 当前优先级 */
OS_EXT	OS_PRIO			OSPrioHighRdy;	/* 最高优先级 */

OS_EXT	OS_RDY_LIST		OSRdyList[OS_CFG_PRIO_MAX];

1.4 结构全图

如图所示，每个优先级对应一个双向链表，执行任务时，当最高优先级上有多个就绪任务时，执行的顺序是从双向链表的头到尾。

——节选自《uC/OS-III源码分析笔记》

2 初始化就绪列表 OS_RdyListInit()（os_core.c）

该函数的功能：

• 将就绪列表初始化为空：所有信息全部清零。

/* 初始化就绪列表 */
void OS_RdyListInit (void)
{
	OS_PRIO		i;
	OS_RDY_LIST	*p_rdy_list;
	
	for ( i = 0u; i < OS_CFG_PRIO_MAX; i++ )
	{
		p_rdy_list = &OSRdyList[i];
		p_rdy_list->HeadPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->TailPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->NbrEntries = (OS_OBJ_QTY)0;
	}
}

3 将 TCB 节点从链表头部移到链表尾部 OS_RdyListMoveHeadToTail()（os_core.c）

该函数的功能：

• 将任务 TCB 插入到就绪列表中。

所以要完成的步骤为：

• 根据任务的优先级，将优先级表中的相应位置置位；
• 根据优先级的大小，插入到就绪列表的相应位置：如果优先级等于当前优先级，则将当前任务 TCB 插入链表尾部；否则，将其插入到链表头部。

/* 在就绪列表中插入一个 TCB */
void OS_RdyListInsert (OS_TCB *p_tcb)
{	
	OS_PrioInsert (p_tcb->Prio);  /* 将优先级插入当前优先级中 */
	
	if (p_tcb->Prio == OSPrioCur)
	{
		OS_RdyListInsertTail (p_tcb);  /* 如果优先级等于当前优先级，则将当前任务插入链表尾部 */
	}
	else
	{
		OS_RdyListInsertHead (p_tcb);	/* 否则将当前任务插入链表头部 */
	}
}

为此，需要实现插入链表头部和插入链表尾部的函数。

3.1 链表头部插入一个 TCB 节点 OS_RdyListInsertHead()（os_core.c）

在链表头部插入一个 TCB 分为两种情况：

• 链表为空：（1）直接创建一个节点，指针域均为空；（2）任务数加一；（3）就绪列表的 HeadPtr 和 TailPtr 均指向新的结点。
• 链表不为空：（1）使原先头结点的前向指针域指向新结点，新节点的前向指针域置 0，后向指针域指向原先头结点；（2）任务数加一；（3）就绪列表的 HeadPtr 指向新的头结点。

/* 链表头部插入一个 TCB */
void OS_RdyListInsertHead (OS_TCB *p_tcb)
{
	OS_RDY_LIST	*p_rdy_list;
	OS_TCB		*p_tcb2;
	
	p_rdy_list = &OSRdyList[p_tcb->Prio];
	
	if (p_rdy_list->NbrEntries == (OS_OBJ_QTY)0)	/* 若链表为空 */
	{
		p_rdy_list->NbrEntries = (OS_OBJ_QTY)1;
		p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb;
		p_rdy_list->TailPtr = p_tcb;
		p_tcb->NextPtr = (OS_TCB *)0;
		p_tcb->PrevPtr = (OS_TCB *)0;
	}
	else		/* 若链表不为空 */
	{
		p_rdy_list->NbrEntries++;
		p_tcb2 = p_rdy_list->HeadPtr;		/* p_tcb2 = 原先 TCB 链表的头结点 */
		
		p_tcb->PrevPtr = (OS_TCB *)0;		/* 新的 p_tcb 的前指针为 0 */
		p_tcb->NextPtr = p_rdy_list->HeadPtr;
		p_tcb2->PrevPtr = p_tcb;			/* p_tcb2 的前指针指向 p_tcb，即新的 p_tcb 加入 TCB 链表中，成为新的头结点 */
		
		p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb;		/* 新加入一个 TCB 后，就绪列表的 HeadPtr指向新的头结点 */
	}
}

3.2 链表尾部插入一个 TCB 节点 OS_RdyListInsertTail()（os_core.c）

在链表尾部插入一个 TCB 也分为两种情况：

• 链表为空：（1）直接创建一个节点，指针域均为空；（2）任务数加一；（3）就绪列表的 HeadPtr 和 TailPtr 均指向新的结点。
• 链表不为空：（1）使原先尾结点的后向指针域指向新结点，新节点的后向指针域置 0，前向指针域指向原先尾结点；（2）任务数加一；（3）就绪列表的 TailPtr 指向新的尾结点。

/* 链表尾部插入一个 TCB */
void OS_RdyListInsertTail (OS_TCB *p_tcb)
{
	OS_RDY_LIST	*p_rdy_list;
	OS_TCB		*p_tcb2;
	
	p_rdy_list = &OSRdyList[p_tcb->Prio];
	
	if (p_rdy_list->NbrEntries == (OS_OBJ_QTY)0)	/* 若链表为空 */
	{
		p_rdy_list->NbrEntries = (OS_OBJ_QTY)1;
		p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb;
		p_rdy_list->TailPtr = p_tcb;
		p_tcb->NextPtr = (OS_TCB *)0;
		p_tcb->PrevPtr = (OS_TCB *)0;
	}
	else		/* 若链表不为空 */
	{
		p_rdy_list->NbrEntries++;
		p_tcb2 = p_rdy_list->TailPtr;		/* p_tcb2 = 原先 TCB 链表的尾结点 */
		
		p_tcb->PrevPtr = p_tcb2;			/* 新的 p_tcb 的前指针指向 p_tcb2 */
		p_tcb->NextPtr = (OS_TCB *)0;		/* 新的 p_tcb 的后指针为 0 */
		p_tcb2->NextPtr = p_tcb;			/* p_tcb2 的后指针指向 p_tcb，即新的 p_tcb 加入 TCB 链表中，成为新的尾结点 */
		
		p_rdy_list->TailPtr = p_tcb;		/* 新加入一个 TCB 后，就绪列表的 HeadPtr指向新的尾结点 */
	}
}

4 将 TCB 节点从链表头部移到链表尾部 OS_RdyListMoveHeadToTail()（os_core.c）

将 TCB 节点从链表头部移到链表尾部，分为四种情况：

• 链表为空：什么事都不用做。
• 链表中只有一个节点：什么事都不用做。
• 链表中只有两个节点：（1）原先头结点的前向指针域指向原先尾结点，原先头结点的后向指针域置零；（2）原先尾结点的前向指针域置零，原先尾结点的前向指针域指向原先头结点；（3）就绪列表的 HeadPtr 和 TailPtr 均分别指向新的头、尾结点。
• 链表中有两个以上节点：（1）原先头结点的前向指针域指向原先尾结点，原先头结点的后向指针域置零；（2）原先头结点的下一个节点的前向指针域置零（作为新的头结点）；（3）原先尾结点的前向指针域指向原先头结点；（4）就绪列表的 HeadPtr 和 TailPtr 均分别指向新的头、尾结点。

/* 将 TCB 从链表头部移到链表尾部 */
void OS_RdyListMoveHeadToTail (OS_RDY_LIST *p_rdy_list)
{
	OS_TCB	*p_tcb1;
	OS_TCB	*p_tcb2;
	OS_TCB	*p_tcb3;
	
	switch (p_rdy_list->NbrEntries)
	{
		case 0:		/* 链表为空 */
		case 1:		/* 链表只有一个节点 */
			break;
		
		case 2:		/* 链表只有两个节点 */
			p_tcb1 = p_rdy_list->HeadPtr;
			p_tcb2 = p_rdy_list->TailPtr;
			p_tcb1->PrevPtr = p_tcb2;
			p_tcb1->NextPtr = (OS_TCB *)0;
			p_tcb2->PrevPtr = (OS_TCB *)0;
			p_tcb2->NextPtr = p_tcb1;
			p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb2;
			p_rdy_list->TailPtr = p_tcb1;
			break;
		
		default:	/* 链表有两个以上的节点 */
			p_tcb1 = p_rdy_list->HeadPtr;
			p_tcb2 = p_rdy_list->TailPtr;
			p_tcb3 = p_tcb1->NextPtr;
			
			p_tcb1->PrevPtr = p_tcb2;
			p_tcb1->NextPtr = (OS_TCB *)0;
			p_tcb3->PrevPtr = (OS_TCB *)0;
			p_tcb2->NextPtr = p_tcb1;
		
			p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb3;
			p_rdy_list->TailPtr = p_tcb1;
			break;
	}
}

5 链表移除一个 TCB 节点 OS_RdyListRemove()（os_core.c）

从 TCB 链表中移除一个 TCB 节点，先保存要删除的 TCB 节点的前一个和后一个节点，然后分为四种情况：

• 链表只有一个节点（或链表为空）：（1）就绪列表对应的数组元素全部信息清零；（2）将优先级表中对应的优先级置 0。
• 删除的是链表的头结点：（1）后一个节点的前向指针域置零；（2）任务数减一；（3）就绪列表的 HeadPtr 指向新的头结点（即后一个节点）。
• 删除的是链表的尾结点：（1）前一个节点的后向指针域置零；（2）任务数减一；（3）就绪列表的 TailPtr 指向新的尾结点（即前一个节点）。
• 删除的是链表的普通结点：（1）前一个节点的后向指针域指向后一个节点，后一个节点的前向指针域指向前一个节点。（2）任务数减一。

最后，将被删除节点的指针域全部置零，待下一次的链表插入操作。

/* 链表移除一个 TCB */
void OS_RdyListRemove (OS_TCB *p_tcb)
{
	OS_RDY_LIST	*p_rdy_list;
	OS_TCB		*p_tcb1;
	OS_TCB		*p_tcb2;
	
	/* 保存要删除的 TCB 节点的前一个和后一个节点 */
	p_tcb1 = p_tcb->PrevPtr;
	p_tcb2 = p_tcb->NextPtr;
	p_rdy_list = &OSRdyList[p_tcb->Prio];
	
	if (( p_tcb1 == (OS_TCB *)0 ) && ( p_tcb2 == (OS_TCB *)0 ))			/* 如果链表只有一个节点 */
	{
		p_rdy_list->HeadPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->TailPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->NbrEntries = (OS_OBJ_QTY)0;
		OS_PrioRemove (p_tcb->Prio);
	}
	else if (( p_tcb1 == (OS_TCB *)0 ) && ( p_tcb2 != (OS_TCB *)0 ))	/* 如果删除的是链表的头节点(p_tcb1 = 0) */
	{
		p_tcb2->PrevPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->HeadPtr = p_tcb2;
		p_rdy_list->NbrEntries--;
	}
	else if (( p_tcb1 != (OS_TCB *)0 ) && ( p_tcb2 == (OS_TCB *)0 ))	/* 如果删除的是链表的尾节点(p_tcb2 = 0) */
	{
		p_tcb1->NextPtr = (OS_TCB *) 0;
		p_rdy_list->TailPtr = p_tcb1;
		p_rdy_list->NbrEntries--;
	}
	else																/* 如果删除的是链表的普通节点 */
	{
		p_tcb1->NextPtr = p_tcb2;
		p_tcb2->PrevPtr = p_tcb1;
		p_rdy_list->NbrEntries--;
	}
	
	/* 复位从就绪列表中删除的 TCB 的 PrevPtr 和 NextPtr 这两个指针 */
	p_tcb->PrevPtr = (OS_TCB *)0;
	p_tcb->NextPtr = (OS_TCB *)0;
}

复习了一遍链表的数据结构，嗯，针不戳！