在嵌入式開(kāi)發(fā)中，多任務(wù)管理是提升系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。本教程專(zhuān)為快速入門(mén)設(shè)計(jì)，聚焦LuatOS的sys庫(kù)，通過(guò)實(shí)戰(zhàn)案例帶你快速掌握多任務(wù)創(chuàng)建、調(diào)度與同步技巧。無(wú)論你是零基礎(chǔ)新手還是希望快速提升開(kāi)發(fā)效率的開(kāi)發(fā)者，這里將用最簡(jiǎn)明的步驟，助你輕松實(shí)現(xiàn)多任務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)！

sys庫(kù)是LuatOS的核心系統(tǒng)調(diào)度庫(kù)，它基于Lua協(xié)程機(jī)制實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、定時(shí)器管理以及消息通信等功能。

在詳細(xì)介紹sys庫(kù)之前，我們先來(lái)補(bǔ)充一些關(guān)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS的知識(shí)，方便大家更好地理解LuatOS的運(yùn)行機(jī)制。

一、 RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)看，對(duì)比經(jīng)典的裸機(jī)開(kāi)發(fā)和LuatOS開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)：

一位母親，她需要同步做兩件事情，一件是喂小孩吃飯，另一件事是回復(fù)朋友信息。

1.1 裸機(jī)開(kāi)發(fā)

對(duì)裸機(jī)開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，這是兩件任務(wù)，這位母親一段時(shí)間內(nèi)只能做一個(gè)任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行不連貫，等待時(shí)間長(zhǎng)。

time1-5 ：喂小孩吃飯，就無(wú)法回復(fù)信息，朋友就受到冷落；

time5-10 ：回復(fù)信息，小孩吃不到飯，就會(huì)哭鬧。

1.2 RTOS處理多任務(wù)

那RTOS是如何處理的呢？在RTOS里，這位母親的大腦非常強(qiáng)大，切換得非常的快，她上一秒喂飯，下一秒回復(fù)信息，再下一秒再喂飯。

因?yàn)榍袚Q得非常快，小孩以為她在專(zhuān)心喂飯，朋友以為她在認(rèn)真聊天。這兩個(gè)任務(wù)看起來(lái)在同時(shí)進(jìn)行。

這就是RTOS的本質(zhì)——把一秒鐘的時(shí)間切成多個(gè)時(shí)間片段，一個(gè)時(shí)間片段內(nèi)干一件事情，一秒鐘切換100個(gè)時(shí)間片就可以做100件事情。 RTOS通過(guò)快速切換任務(wù)，讓多個(gè)任務(wù)看似在同時(shí)進(jìn)行，提高了系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和效率。

LuatOS通過(guò)Lua虛擬機(jī)封裝了底層RTOS的API，向開(kāi)發(fā)者提供高級(jí)抽象接口，而無(wú)需直接操作RTOS內(nèi)核。

基于此LuatOS實(shí)現(xiàn)了一套多任務(wù)機(jī)制，允許開(kāi)發(fā)者創(chuàng)建多個(gè)并行運(yùn)行的任務(wù)。這些任務(wù)通過(guò)Lua語(yǔ)言的協(xié)程機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得每個(gè)任務(wù)都可以在自己的執(zhí)行上下文中運(yùn)行，而不會(huì)相互干擾。

二、sys庫(kù)任務(wù)管理API函數(shù)

sys庫(kù)是LuatOS的核心系統(tǒng)庫(kù)，提供了任務(wù)調(diào)度、時(shí)間管理、消息傳遞等關(guān)鍵功能，本文主要介紹其任務(wù)管理相關(guān)API函數(shù)及其運(yùn)用示例。

2.1 程序框架

在程序的開(kāi)頭我們必須調(diào)用sys庫(kù)；在程序的結(jié)尾，我們需要在代碼的最后一行調(diào)用sys.run()函數(shù)來(lái)啟動(dòng)主程序，讓框架內(nèi)的任務(wù)代碼會(huì)在 sys.run()中運(yùn)行。

一個(gè)Lua程序的框架是這樣的：

2.2 任務(wù)管理

任務(wù)管理包含：創(chuàng)建任務(wù)sys.taskInit()、任務(wù)等待 sys.wait()和sys.waitUntil() 。

1）創(chuàng)建任務(wù)sys.taskInit()

在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，需要指定一個(gè)任務(wù)函數(shù)，該函數(shù)包含了任務(wù)要執(zhí)行的代碼。

比如，我們創(chuàng)建一個(gè)喂飯的任務(wù)feed。

代碼示例：先定義“喂飯”函數(shù)，然后創(chuàng)建并啟動(dòng)“喂飯”任務(wù)。

2）任務(wù)等待sys.wait()

暫停當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行一段時(shí)間，單位為毫秒。在等待期間，系統(tǒng)會(huì)調(diào)度其他任務(wù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)。

代碼舉例：

我們依舊利用上面的程序，我們?cè)诖a第三行后面，加一句sys.wait(1000) 即可。

每隔一秒，打印一次 I'm feeding.....

3）任務(wù)中斷sys.waitUntil()

允許當(dāng)前的Task協(xié)程暫停執(zhí)行，進(jìn)入等待狀態(tài)。在等待過(guò)程中，它會(huì)監(jiān)聽(tīng)指定名稱(chēng)的事件（即 topic）是否發(fā)生，同時(shí)會(huì)記錄時(shí)間。

如果在指定的時(shí)間內(nèi)，該事件發(fā)生了，協(xié)程會(huì)恢復(fù)執(zhí)行； 如果超過(guò)了指定的時(shí)間，事件還未發(fā)生，協(xié)程也同樣會(huì)恢復(fù)執(zhí)行。

一般這里都會(huì)設(shè)置判斷條件：指定時(shí)間內(nèi)，事件發(fā)生執(zhí)行A，超時(shí)未發(fā)生執(zhí)行B。

一般和sys.waitUntil()配合使用的，是sys.publish()：

sys.publish()它的作用就像是在系統(tǒng)里廣播消息，讓其他關(guān)注該消息的任務(wù)能夠接收到并做出相應(yīng)反應(yīng)——比如，sys.waitUntil()。

三、多任務(wù)實(shí)戰(zhàn)演練

我們利用一個(gè)示例來(lái)實(shí)際感受下這幾個(gè)函數(shù)的用法：

一位女主人，在燒水的同時(shí)，還要掃地； 水燒開(kāi)后，停止掃地去關(guān)火，并沏茶。

分析上述例子，女主人共有三個(gè)任務(wù)：燒水、掃地、沏茶

這三個(gè)任務(wù)分別運(yùn)行如下：

接下來(lái)，我們來(lái)對(duì)這三個(gè)協(xié)程單獨(dú)分析：

1）燒水協(xié)程：

燒水5秒后，sys.publish()發(fā)消息：“水燒開(kāi)了”。

代碼如下：

2）掃地協(xié)程：

掃地持續(xù)進(jìn)行，sys.waitUntil()等待收到了：“水燒開(kāi)的消息”，停止掃地；同時(shí)sys.publish()發(fā)送消息：水燒開(kāi)了，不掃地了，去沏茶。

代碼如下：

sys.waitUntil()如果在1s內(nèi)接收到了水燒開(kāi)的消息，則返回true給result，繼續(xù)執(zhí)行下面的if程序，打印“水燒開(kāi)了：我去關(guān)火”；

如果超時(shí)1秒沒(méi)有接收到，則返回false給result，繼續(xù)執(zhí)行下面的if程序，打印“水還沒(méi)燒開(kāi),我要繼續(xù)掃地”。

3）沏茶協(xié)程：

在燒水的5秒鐘內(nèi)，一直處于等待狀態(tài)，直到水燒開(kāi)后，sys.waitUntil()收到：“水燒開(kāi)了，不掃地了去沏茶”這條消息，開(kāi)始執(zhí)行沏茶協(xié)程。

代碼如下：

我們把完整代碼下載到Air780EPM開(kāi)發(fā)板上，看下運(yùn)行效果：

這樣，我們就利用sys.publish()和sys.waitUntil()完成了一個(gè)多任務(wù)協(xié)程程序。

附完整代碼：

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇