南京沁恒WCH TMOS个人学习总结

xiaobuding_QAQ2023-12-25 15:59

文章目录

一、前言

近期我们的产品中用到了南京沁恒推出的低功耗蓝牙芯片CH582。这款芯片与常见的STM32的ARM Cortex-M处理器架构存在显著差异，而是采用了新兴的指令集架构----RISC-V。其中，CH582的TMOS任务管理系统给我留下了深刻的印象。尽管它与传统的操作系统有一些相似之处，但又有其独特之处。

TMOS任务管理系统是CH582的一大亮点。它类似于操作系统的概念，能够实现任务的调度、内存管理等功能。然而，与常见的操作系统相比，TMOS更加轻量级，旨在满足低功耗、实时响应和高能效的需求。这种设计使得CH582在处理任务时具有出色的性能和效率，同时保持了较低的功耗。

二、TMOS是什么

1.介绍

蓝牙要与多个设备连接并实现多功能和多任务，这就会导致了调度问题。尽管软件和协议栈可以扩展，但最底层的执行单元只有一个。为了处理多事件和多任务切换，需要将事件和任务对应起来。为此，TMOS被引入作为一个操作系统抽象层。

TMOS是调度的核心，BLE协议栈、profile定义和所有应用都围绕它实现。TMOS不同于传统的操作系统，它是一个允许软件建立和执行事件的循环。

举例来说，TMOS是通过时间片轮询的方式实现多任务调度运行，实际上每次只有一个任务运行。系统时钟来源于芯片RTC，单位为625us。用户通过注册任务（Task）将自定义的事件（Event）添加到TMOS的任务链表中，由TMOS进行调度运行。Event事件标志位，为1则运行，为0则不运行。

2.工作机制

  1. 任务注册：用户可以通过注册任务将自定义的事件添加到TMOS的任务链表中。每个任务在注册后分配一个唯一的ID。每个任务最多包含16个事件，其中包括一个消息事件和15个自定义事件。事件采用BitMap的方式定义事件标志，如0x0001、0x0002、0x0004等。
  2. 任务调度：TMOS循环查询任务链表，根据任务ID确定优先级，优先级越低，任务越先运行。每个任务运行完一个事件后，通过异或的方式清除已运行的事件，同时返回未运行的事件标志，然后运行下一个任务。当任务调度系统运行一遍后，再次回到任务链表头的一个事件，如此循环下去。
  3. 时间片轮询：TMOS通过时间片轮询的方式实现多任务调度运行。系统时钟单位为625us，以RTC为基准得到所有需要系统的时间。每个任务占用一定的时间（独占式，执行完当前任务退出，继续查询其他可执行任务），所有的任务通过时间分片的方式处理。

综上所述，TMOS通过任务注册、任务调度和时间片轮询的方式实现多任务的调度和管理。这种机制可以有效地实现多事件和多任务的切换，提高系统的效率和响应速度。

三、使用步骤

1.MounRiver Studio

这是一款面向RISC-V，ARM等内核MCU集成开发环境，界面如下，感兴趣的可以自行下载。

2.注册任务ID

ID定义是全局变量。

代码如下（示例）：

c 复制代码 
uint8_t ROPE_TaskID = INVALID_TASK_ID; // Task ID for internal task/event processing

ROPE_TaskID = TMOS_ProcessEventRegister(ROPE_ProcessEvent); // 向系统注册了一个任务
c 复制代码 
/**
 * @brief   register process event callback function//注册处理事件回调函数
 *
 * @param   eventCb-events callback function//事件回调函数
 *
 * @return  0xFF - error,others-task id//错误，其他-任务id
 */
extern tmosTaskID TMOS_ProcessEventRegister( pTaskEventHandlerFn eventCb );

3.任务初始化

编写任务初始化进程，并需要添加到TMOS初始化进程中，这就是说系统启动后不能动态添加功能(新的Task ID)；

代码如下（示例）：

c 复制代码 
    CH58X_BLEInit();
    HAL_Init();
    ReadImageFlag();
    rope_init();//用户定义初始化
    GAPRole_PeripheralInit();
    Peripheral_Init();

4.编写任务处理程序

代码如下（示例）：

c 复制代码 
/*********************************************************************
 * @fn      Peripheral_ProcessEvent
 *
 * @brief   Peripheral Application Task event processor.  This function
 *          is called to process all events for the task.  Events
 *          include timers, messages and any other user defined events.
 *
 * @param   task_id - The TMOS assigned task ID. TMOS分配的任务ID
 * @param   events - events to process.  This is a bit map and can
 *                   contain more than one event.
 *
 * @return  events not processed
 */
uint16_t ROPE_ProcessEvent(uint8_t task_id, uint16_t events)
{
    if (events & SYS_EVENT_MSG)
    {
        uint8_t *pMsg;
        if ((pMsg = tmos_msg_receive(ROPE_TaskID)) != NULL)
        {
            tmos_msg_deallocate(pMsg);
        }
        return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
    }
    ........省略
}

5.定义任务事件

事件名按位定义，每一层taskID最多包含1个消息事件和15个任务事件（共16位）

代码如下（示例）：

c 复制代码 
#define READ_BAT_EVENT   1
#define READ_UART_EVENT  2
#define E1000MS_EVENT    4
#define E100MS_EVENT     8
#define E10MS_EVENT      16
#define SLEEP_EVENT      20

6.启动任务

6.1 立即启动

代码如下（示例）：

c 复制代码 
/**
 * @brief   start a event immediately
 *
 * @param   taskID - task ID of event
 * @param   event - event value
 *
 * @return  0 - SUCCESS.
 */
extern bStatus_t tmos_set_event( tmosTaskID taskID, tmosEvents event );//立即启动事件
c 复制代码 
tmos_set_event(ROPE_TaskID, READ_UART_EVENT);//立刻执行

6.2 延迟启动

代码如下（示例）：

c 复制代码 
/**
 * @brief   start a event after period of time
 *
 * @param   taskID - task ID to set event for
 * @param   event - event to be notified with
 * @param   time - timeout value
 *
 * @return  TRUE,FALSE.
 */
extern BOOL tmos_start_task( tmosTaskID taskID, tmosEvents event, tmosTimer time );//在一段时间后开始一个事件
c 复制代码 
tmos_start_task(ROPE_TaskID, E100MS_EVENT, 80); //80 * 0.625ms后执行一次  50ms

7.任务循环

时基函数循环

c 复制代码 
	while (1)
	{				 
		if (stSysTime.flg._10ms + TEN_MILLISECOND < Time_millis()) //10ms
		{
			stSysTime.flg._10ms = Time_millis();
			//用户代码					
		}
		if (stSysTime.flg._50ms + FIFTY_MILLISECOND < Time_millis()) //50ms
		{
			stSysTime.flg._50ms = Time_millis();
			//用户代码			
		}
		if (stSysTime.flg._100ms + BEST_MILLISECOND < Time_millis()) //100ms
		{
			stSysTime.flg._100ms = Time_millis();	
			//用户代码
		}
		if (stSysTime.flg._1s + THOUSAND_MILLISECOND < Time_millis()) //1s
		{
			stSysTime.flg._1s = Time_millis();
			//用户代码		
	    }
    }

其实这个任务循环写法和我们写时基函数循环执行有点相似。

c 复制代码 
uint16_t ROPE_ProcessEvent(uint8_t task_id, uint16_t events)
{
  if(events & ID事件1)
  {
     //用户代码
     tmos_start_task(ID, ID事件1, 执行时间1);
     return (events ^ ID事件1);
  }
  if(events & ID事件2)
  {
     //用户代码
     tmos_start_task(ID, ID事件2, 执行时间2);
     return (events ^ ID事件2);
  }  
  if(events & ID事件3)
  {
     //用户代码
     tmos_start_task(ID, ID事件3, 执行时间3);
     return (events ^ ID事件3);
  }
  if(events & ID事件4)
  {
     //用户代码
     tmos_start_task(ID, ID事件4, 执行时间4);
     return (events ^ ID事件4);
  }   
}

具体代码如下（示例）：

c 复制代码 
/*********************************************************************
  @fn      ROPE_ProcessEvent
  @brief   Peripheral Application Task event processor.  This function
           is called to process all events for the task.  Events
           include timers, messages and any other user defined events.
 @param   task_id - The TMOS assigned task ID. TMOS分配的任务ID
  @param   events - events to process.  This is a bit map and can
                    contain more than one event.
  @return  events not processed
 */
uint16_t ROPE_ProcessEvent(uint8_t task_id, uint16_t events)
{
    if (events & SYS_EVENT_MSG)
    {
        uint8_t *pMsg;
        if ((pMsg = tmos_msg_receive(ROPE_TaskID)) != NULL)
        {
            tmos_msg_deallocate(pMsg);
        }
        return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
    }
    if (events & READ_UART_EVENT)
    {
        if (rope.u8UartFlg == rope.u8RxNum && rope.u8RxNum)
        {
            analy_recv(rope.u8RxBuf, rope.u8RxNum);
            memset(rope.u8RxBuf, 0, 100);
            rope.u8RxNum = 0;
        }
        else
        {
            rope.u8UartFlg = rope.u8RxNum;
        }
        tmos_start_task(ROPE_TaskID, READ_UART_EVENT, 8); // 8 * 0.625ms执行一次  2.5MS
        return (events ^ READ_UART_EVENT);
    }
    if (events & E1000MS_EVENT)
    {
        tmos_start_task(ROPE_TaskID, E1000MS_EVENT, 1600); // 1600 * 0.625ms执行一次  1000MS
        off_power_task();
        return (events ^ E1000MS_EVENT);
    }
    if (events & E100MS_EVENT)
    {
        tmos_start_task(ROPE_TaskID, E100MS_EVENT, 40); // 40 * 0.625ms执行一次  25MS
        if(IO_KEY_POWER.read() == 1)
        {
            app_bat_gather();
            app_led_display();
            app_adc_action();
        }
        return (events ^ E100MS_EVENT);
    }
    if (events & E10MS_EVENT)
    {
        tmos_start_task(ROPE_TaskID, E10MS_EVENT, 16); // 16 * 0.625ms执行一次  10MS
        key_scan();
        return (events ^ E10MS_EVENT);
    }
}

主循环不停调用TMOS_SystemProcess，查询可执行event事件；如果开始HAL_SLEEP，芯片开启低功耗睡眠模式，Tmos会开启RTC唤醒功能，事件被执行前会自动唤醒，运行事件代码。

c 复制代码 
/*********************************************************************
  @fn      Main_Circulation
  @brief   主循环
  @return  none
 */
__HIGH_CODE
__attribute__((noinline))
void Main_Circulation()
{
    while(1)
    {
        TMOS_SystemProcess();
    }
}

8.注意事项

  1. 禁止在中断中调用
  2. 建议不要在单个任务中执行超过连接间隔一半时长的任务，否则将影响蓝牙通讯
  3. 同理，在中断中建议不要执行超过连接间隔一半时长的任务，否则将影响蓝牙通讯
  4. 在事件生效执行的代码中调用延时执行函数时，延时时间以当前事件生效时间点为基准偏移，所以对调用延时执行函数在生效执行的代码中摆放的位置没有要求。
  5. 任务存在优先级，根据在xxx_ProcessEvent函数中判断的先后顺序决定，同时生效的任务，先执行先判断，后执行后判断。注意，执行完先判断的事件任务后，要等到任务调度系统轮巡一遍后，才会执行后判断的事件任务。
  6. 事件名按位定义，每一层taskID最多包含1个消息事件和15个任务事件（共16位）

四、总结

以上就是我对南京沁恒WCH TMOS的个人学习总结，本人能力有限，如有错误，还请见谅指出。

感谢你的观看，谢谢！

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