PX4飞控 -任务调度

nanshi00

PX4所有的功能都封装在独立的模块中，uORB是任务间数据交互和同步的工具，而管理和调度每个任务，PX4也提供了一套很好的机制，这一篇我们分享PX4的任务调度机制。

我们以PX4 1.11.3版本为例

PX4的任务调度方式有两种：

任务 （Tasks）: 模块在它自己的任务中运行, 具有自己的堆栈和进程优先级（这是更常见的方法）。

工作队列 （Work queues）：模块在共享任务上运行, 这意味着它没有自己的堆栈。多个任务在同一堆栈上运行, 每个工作队列只有一个优先级。

工作队列的优点是 RAM 占用更少，减少任务切换，缺点是队列任务不能休眠，也不能轮询消息。对于运行时间比较长的任务应该使用Tasks或者在一个独立的工作队列中

工作队列（work Queue）用于执行周期性任务， 如传感器驱动程序。
Task

使用工作队列功能需要使用任务队列的任务需要继承ModuleBase，这个类提供了队列需要的方法，其继承关系如图所示：

由上图我们可以知道：

任务模块通过xxx_main()函数启动，这个函数是系统执行该任务的入口函数

ModuleBase类封装了任务管理所需要的基础功能，如：start、stop、status、help、info等

ModuleBase通过px4_task_spawn_cmd函数启动任务，这个函数封装了pthread的接口

Task模块通过Run函数运行任务，这里需要一个while循环，用于周期性执行

工作队列

使用工作队列功能需要继承ScheduledWorkItem，这个类提供了队列需要的方法，其继承关系如图所示：



队列执行时序图：



PX4的任务队列调用稍微复杂一些，由上述时序图，工作队列的调度设计一个高精度定时中断hrt和一个队列管理线程WorkQueueManager，它的设计目的是提供一个高精度的周期性任务调度方法。

在hrt定时器中对插入周期任务的队列检测是否到达执行时间，如果需要运行则将需要执行的周期任务添加进WorkQueue中，在高优先级线程WorkQueueRunner检测是否有插入需要运行的任务，在该线程中执行该任务。

这样设计的优点：

使用hrt的高精度定时中断可以确保周期调度的精度，这个中断运行周期为1MHz，理论最小调度分辨率为1us，远高于使用rtos的调度分辨率，它取决于rtos的时间片轮长度，一般情况是1ms

多个工作队列共享一个WorkQueueRunner线程，因此队列任务是共享堆栈的，可以减小RAM的使用

多个工作队列在一个线程中是顺序执行的，可以减少任务切换的次数

工作队列任务时间过长可能会造成线程中其他队列任务延时，因此队列任务不能运行执行时间过长的任务

以上的图表是使用 工欲善其事-4-绘制程序流程图 方法绘制，由于微信不能插入该绘图插件，因此采用图片方式上传，显示的分辨率可能有限。

源自：AcmeUavs
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