RTOS中協(xié)程與任務(wù)的區(qū)別

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進程和線程我們都很熟悉了，在RTOS系統(tǒng)中的叫法可能不一樣，我們熟悉的就是任務(wù)（Task），這個和線程（Thread）比較近似，你會發(fā)現(xiàn)有些地方RTOS的任務(wù)，也叫線程。

但是在RTOS中還有一種不是那么常見的程序，叫協(xié)程。今天就來簡單聊聊RTOS中協(xié)程和任務(wù)的內(nèi)容，以及它們的區(qū)別。

什么是協(xié)程？

協(xié)程，是協(xié)同程序的縮寫，英文名Coroutine。

協(xié)程是一種比線程更加輕量級的并發(fā)編程模型、程序組件，它允許單個線程內(nèi)執(zhí)行多個協(xié)程，而這些協(xié)程可以在執(zhí)行過程中掛起和恢復(fù)，從而實現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的效果。

這里通過一張圖來了解下進程、線程和協(xié)程的關(guān)系：

協(xié)程主要由三種狀態(tài)：運行(Runing）、就緒（Ready）、阻塞（Blocked）。

運行：當(dāng)協(xié)程實際執(zhí)行時，它被稱為處于運行狀態(tài)，當(dāng)前協(xié)程正在使用處理器。

就緒：就緒的協(xié)程是那些能夠執(zhí)行（未阻塞）但目前未執(zhí)行的協(xié)程。

阻塞：如果協(xié)程當(dāng)前正在等待時間事件或外部事件，則該協(xié)程被稱為處于阻塞狀態(tài) 。

協(xié)程的函數(shù)結(jié)構(gòu)：

void vACoRoutineFunction( CoRoutineHandle_t xHandle,                          UBaseType_t uxIndex ){    crSTART( xHandle );
    for( ;; )    {        //-- Co-routine application code here. --    }
    crEND();}

以調(diào)用 crSTART() 開始，調(diào)用 crEND() 結(jié)束，協(xié)程函數(shù)不應(yīng)返回任何值。

它其實和RTOS中的任務(wù)有點類似，但也有很多不同（最后說區(qū)別）。

協(xié)程的案例

上面通過文字描述可能對于很多新手有點抽象，也有點難理解，這里結(jié)合代碼案例給大家描述協(xié)程。

1、創(chuàng)建一個簡單的LED閃爍協(xié)程?

void vFlashCoRoutine( CoRoutineHandle_t xHandle,                      UBaseType_t uxIndex ){    crSTART( xHandle );
    for( ;; )    {????????//?延時一段時間        crDELAY( xHandle, 10 );
????????//?閃爍（翻轉(zhuǎn)LED）        vParTestToggleLED( 0 );    }
    crEND();}

2、調(diào)度協(xié)程

通過調(diào)用 vCoRoutineSchedule() 來調(diào)度協(xié)程?？梢栽谌蝿?wù)空閑的時候：

void vApplicationIdleHook( void ){    vCoRoutineSchedule( void );}

或者在沒有執(zhí)行其他函數(shù)的時候，循環(huán)調(diào)用：

void vApplicationIdleHook( void ){    for( ;; )    {        vCoRoutineSchedule( void );    }}

3、創(chuàng)建協(xié)程并啟動任務(wù)調(diào)度器

比如：在 main() 函數(shù)中創(chuàng)建并啟動調(diào)度器。

#include "task.h"#include "croutine.h"
#define PRIORITY_0 0
void main( void ){????//?創(chuàng)建協(xié)程????xCoRoutineCreate(?vFlashCoRoutine,?PRIORITY_0,?0?);
????//啟用調(diào)度器.    vTaskStartScheduler();}

4、擴展：使用索引參數(shù)

假設(shè)我們要從同一函數(shù)中創(chuàng)建 8 個這樣的協(xié)程。每個協(xié)程將 以不同速度閃爍不同的 LED。索引參數(shù)可用于在協(xié)程函數(shù)中區(qū)分協(xié)程。
這里，我們創(chuàng)建 8 個協(xié)程，并向每個協(xié)程傳遞不同的索引：

#include "task.h"#include "croutine.h"
#define PRIORITY_0        0#define NUM_COROUTINES    8
void main( void ){    int i;
    for( i = 0; i < NUM_COROUTINES; i++ )    {        // This time i is passed in as the index.        xCoRoutineCreate( vFlashCoRoutine, PRIORITY_0, i );    }
    // NOTE: Tasks can also be created here!
    // Start the RTOS scheduler.    vTaskStartScheduler();}

協(xié)程函數(shù)也被擴展，因此每個協(xié)程使用的 LED 和閃爍速度都不同。

const int iFlashRates[ NUM_COROUTINES ] = { 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 };const int iLEDToFlash[ NUM_COROUTINES ] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 }
void vFlashCoRoutine( CoRoutineHandle_t xHandle, UBaseType_t uxIndex ){    crSTART( xHandle );
    for( ;; )    {????????//?根據(jù)索引設(shè)定延時        crDELAY( xHandle, iFlashRate[ uxIndex ] );
        // LED閃爍        vParTestToggleLED( iLEDToFlash[ uxIndex ] );????}    crEND();}

RTOS中協(xié)程與任務(wù)的區(qū)別

上面通過案例介紹的協(xié)程的內(nèi)容，有使用過RTOS（任務(wù)）編程的朋友應(yīng)該都能看明白，其實任務(wù)和協(xié)程有很多相似之處，但也有很多區(qū)別：

1、調(diào)度和管理

任務(wù)由操作系統(tǒng)進行調(diào)度和管理，而協(xié)程不需要系統(tǒng)調(diào)度器來管理，而是由用戶自己管理。

2、占用資源

任務(wù)通過系統(tǒng)調(diào)用，會占用更多系統(tǒng)資源，而協(xié)程在單個線程中執(zhí)行，不會像多線程那樣消耗大量的系統(tǒng)資源。

3、RAM使用量

協(xié)程不占用系統(tǒng)資源，因此協(xié)程更適合用于RAM較小的處理器，如早期的8位、16位MCU。

4、限制

協(xié)程的優(yōu)勢是使用的 RAM 較少，但代價是協(xié)程存在更多的限制。與任務(wù)相比，協(xié)程的限制性更強，使用起來也更復(fù)雜 。

5、執(zhí)行效率

由于協(xié)程的切換是由程序自身控制的，沒有線程切換的開銷，因此協(xié)程在執(zhí)行效率上通常更高。

6、......

早期,MCU資源和性能相對都不高，有些RTOS（如FreeRTOS）都有協(xié)程的功能。但是，隨著MCU資源和性能的提升，協(xié)程已經(jīng)被線程（任務(wù)）替代了。