2. embOS任务创建与任务控制块

在 embOS 中，任务不是一个抽象概念，而是由一段任务函数、一个任务控制块（TCB）、一块任务栈以及一个优先级共同构成的实体。理解这四者的关系，是掌握 embOS 调度机制的第一步。本节围绕任务函数原型、优先级分配、栈空间规划、TCB 结构、状态迁移与 API 实践展开，帮助读者建立从“定义任务”到“任务被调度运行”的完整认知。

任务函数原型：任务入口的固定约定

embOS 的任务函数必须遵循固定原型：

void TaskName(void);

它没有参数，也没有返回值。任务函数通常写成无限循环，因为一旦返回，embOS 会认为任务异常结束，可能触发系统错误或未定义行为。典型结构如下：

void AppTask(void) {
    while (1) {
        /* 任务主体 */
        OS_TASK_Delay(100);   /* 主动让出 CPU，单位：系统节拍 */
    }
}

任务函数内部可以调用 embOS API，例如延时、等待事件、发送信号量等。需要注意的是，任务函数本身不负责“创建自己”，创建动作由其他任务或 main() 在启动调度器之前完成。

任务优先级分配：数值越小优先级越高

embOS 采用固定优先级抢占式调度。优先级用整数表示，数值越小，优先级越高。例如优先级 1 高于优先级 10。系统保留优先级 0 给内部使用，用户任务通常从 1 开始分配。优先级范围由 OS_LOWEST_PRIO 决定，常见配置为 0～31 或 0～255。

分配优先级时，应遵循以下原则：

• 硬实时任务（如电机控制、通信协议栈）分配高优先级，确保响应时间可预测。
• 人机交互、日志记录等软实时任务分配低优先级。
• 避免多个任务共用同一优先级，除非明确使用轮转调度或它们不会同时就绪。
• 空闲任务由 embOS 自动创建，优先级最低，用于填充 CPU 空闲时间。

例如，一个典型的嵌入式系统可这样分配：控制任务优先级 2，通信任务优先级 5，显示任务优先级 10，日志任务优先级 20。

任务栈空间规划：栈是任务私有的工作区

每个任务拥有独立的栈空间。栈用于保存局部变量、函数调用返回地址、中断现场以及任务切换时的寄存器上下文。栈空间不足会导致栈溢出，表现为数据被破坏、任务跑飞或系统死机。

栈大小的单位通常是 OS_STACKPTR 的字节数。规划栈空间时，需要考虑：

• 函数调用深度：嵌套越深，栈消耗越大。
• 局部变量大小：大数组、结构体应避免放在栈上。
• 中断嵌套：中断服务程序也使用当前任务栈，需预留余量。
• embOS 上下文保存：任务切换时保存寄存器组，约几十字节。

一个实用的估算方法是：先给一个保守值（如 256 字节），运行最坏路径后通过栈填充模式（如 0x55）检查实际使用量，再留 30%～50% 余量。例如实测使用 180 字节，可分配 256 或 320 字节。

任务控制块 TCB 结构

TCB 是 embOS 管理任务的核心数据结构。每个任务创建时，embOS 会分配一个 OS_TASK 结构体，记录该任务的全部调度信息。虽然不同版本字段略有差异，但核心成员包括：

• 任务栈指针：指向该任务当前栈顶，任务切换时用于恢复上下文。
• 优先级：当前任务优先级，调度器据此选择最高优先级就绪任务。
• 状态：就绪、运行、阻塞、挂起等。
• 时间片/延时计数器：用于延时和超时管理。
• 事件对象指针：任务等待的信号量、邮箱或事件标志。
• 链表节点：将任务挂入就绪链表或等待链表。

TCB 由 embOS 在创建任务时初始化，用户通常不需要直接修改其字段，但理解其结构有助于分析调度行为和排查问题。

任务状态迁移

embOS 任务在生命周期中会在多个状态之间迁移。典型状态包括：

• 就绪（Ready）：任务已创建，具备运行条件，等待调度器选中。
• 运行（Running）：当前占用 CPU 的任务。
• 阻塞（Blocked）：任务调用延时或等待事件，暂时不参与调度。
• 挂起（Suspended）：任务被显式挂起，不参与调度，直到被恢复。

状态迁移由 API 调用和系统事件驱动。例如，运行任务调用 OS_TASK_Delay() 后进入阻塞态，延时结束后回到就绪态；调用 OS_TASK_Suspend() 进入挂起态，调用 OS_TASK_Resume() 恢复就绪。

API 实践：创建任务并观察状态

embOS 创建任务的核心 API 是 OS_TASK_Create()，其简化原型如下：

void OS_TASK_Create(
    OS_TASK* pTask,        /* TCB 指针 */
    void (*pFunc)(void),   /* 任务函数 */
    OS_PRIO Prio,          /* 优先级 */
    void* pStack,          /* 栈基址 */
    OS_UINT StackSize      /* 栈大小（字节） */
);

下面是一个完整的创建示例，包含两个任务：高优先级控制任务和低优先级日志任务。

#include "RTOS.h"

static OS_TASK tcbControl;
static OS_TASK tcbLog;

static OS_STACKPTR unsigned int stackControl[128];  /* 512 字节 */
static OS_STACKPTR unsigned int stackLog[64];       /* 256 字节 */

void ControlTask(void) {
    while (1) {
        /* 控制逻辑 */
        OS_TASK_Delay(10);
    }
}

void LogTask(void) {
    while (1) {
        /* 日志输出 */
        OS_TASK_Delay(100);
    }
}

int main(void) {
    OS_Init();
    OS_TASK_Create(&tcbControl, ControlTask, 2,
                   stackControl, sizeof(stackControl));
    OS_TASK_Create(&tcbLog, LogTask, 10,
                   stackLog, sizeof(stackLog));
    OS_Start();
    return 0;
}

运行后，ControlTask 每 10 个节拍唤醒一次，LogTask 每 100 个节拍唤醒一次。由于 ControlTask 优先级更高，当两者同时就绪时，ControlTask 先运行。可以通过 OS_TASK_GetState() 或调试器观察 TCB 中的状态字段，验证任务在就绪、运行、阻塞之间的迁移是否符合预期。

掌握任务函数原型、优先级分配、栈规划、TCB 结构和状态迁移后，读者应能独立创建多个任务，并通过 API 控制它们的运行与等待。下一步可以进一步学习任务间通信与同步机制，让多个任务协同完成复杂功能。