OSAL的事件驱动框架
OSAL的事件驱动框架一、任务的管理和调度1.1 任务结构体和任务链表1.2 事件和任务事件编码的注意事项事件编码的典型流程系统消息事件
1.3 源码链接地址
二、消息的管理机制三、定时器的实现四、内存管理
OSAL的事件驱动框架
OSAL（Operating System Abstraction Layer）是一种基于事件驱动的框架，常见于嵌入式系统（如Zigbee协议栈Z-Stack）。OSAL即操作系统抽象层，其核心目标是通过事件管理实现多任务协作，避免复杂的实时操作系统（RTOS）依赖。在OSAL中实现了多任务的管理，任务之间的通知，消息队列和内存管理。
事件（Event）：表示任务需要处理的特定动作或状态变化（如传感器数据到达、定时器到期、消息接收等）。嵌入式系统中，外设（如传感器、通信模块）或内部逻辑（如定时器）产生的动作通常是异步的。事件机制通过这些异步动作触发任务执行，而无需任务主动轮询状态。
任务（Task）：是一个独立的功能模块，负责处理特定的事件集合，任务通过事件触发的方式运行。例如一个开关灯的任务，可以通过按键事件来触发开关灯。
一、任务的管理和调度
OSAL的事件驱动框架，采用的是协作式调度机制，即多个任务在同一个系统中轮询运行，但任务之间不会主动抢占 CPU，而是需要任务自身主动让出 CPU，以便其他任务执行。任务的执行由事件触发激活，没有事件时，任务处于休眠状态。
任务的处理化流程如下图所示：
其中osal_start_system的处理流程图下图所示：
相对应的代码如下：
void osal_start_system(void)
{
uint16 events;
uint16 retEvents;
while(1)
{
TaskActive = osalNextActiveTask();
if(TaskActive)
{
HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION();
events = TaskActive->events;
// Clear the Events for this task
TaskActive->events = 0;
HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION();
if(events != 0)
{
// Call the task to process the event(s)
if(TaskActive->pfnEventProcessor)
{
retEvents = (TaskActive->pfnEventProcessor)(TaskActive->taskID, events);
// Add back unprocessed events to the current task
HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION();
TaskActive->events |= retEvents;
HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION();
}
}
}
}
}
1.1 任务结构体和任务链表
任务的声明如下：
/**
* @brief 任务链表
*/
typedef struct OSALTaskREC
{
struct OSALTaskREC *next;
pTaskInitFn pfnInit; //任务初始化函数指针
pTaskEventHandlerFn pfnEventProcessor; //任务事件处理函数指针
uint8 taskID; //任务ID
uint8 taskPriority; //任务优先级
uint16 events; //任务事件
} OsalTadkREC_t;
其中，taskID用于任务身份唯一标识，events为该激活该任务所对应的事件。taskPriority为任务的优先级，区别于抢占式调度，在OSAL系统中，优先级高的任务会被插入到链表头结点中，当事件触发时，高优先级的任务会最先被轮询到。
以新建三个优先级不同的任务为例，首先调用osal_add_Task，新增任务1，优先级为2；然后新增任务2，它的优先级为1，最后增加任务3，设置它的优先级为3。则最终形成的任务链表示意图如下所示：
在这个任务链表示意图中，用绿色数字标注出了新增三个任务时，分配到的任务ID。任务ID是根据调用osal_add_Task函数的顺序，自动累计的，同时用于后续区分和查找任务。
查找任务的函数如下：
OsalTadkREC_t *osalFindTask(uint8 taskID)
{
OsalTadkREC_t *TaskSech;
TaskSech = TaskHead;
while(TaskSech)
{
if(TaskSech->taskID == taskID)
{
return (TaskSech);
}
TaskSech = TaskSech->next;
}
return ((OsalTadkREC_t *)NULL);
}
遍历任务链表，根据TaskID返回所对应的任务。
1.2 事件和任务
一个任务对应着多个不同的事件，OSAL中为了方便区分不同的事件，任务的事件编码方式采用 位掩码(Bitmask) 机制，通过将不同的事件类型映射到一个整数变量（通常为uint16类型）的二进制位上，实现事件的轻量化表示、触发和管理。这种设计高效且资源友好，尤其适合嵌入式系统。
位掩码表示：
每个事件对应一个独立的二进制位，通过置位（1）或清零（0）表示事件触发与否。
事件类型定义：使用16位的无符号整数（uint16），最多支持16种事件（从第0位到第15位）。
事件编码的注意事项
1.避免事件位冲突
每个任务独立管理自己的事件位，不同任务的事件定义可以重复（因为事件变量是任务独立的）。同一任务内的事件位必须唯一，避免位冲突。
#define SAMPLE_EVENT_DATA_READY 0x0001 // 数据就绪 （二进制：0000 0000 0000 0001）
#define SAMPLE_EVENT_TIMEOUT 0x0002 // 发送失败 （二进制：0000 0000 0000 0010）
2. 事件优先级
OSAL默认按轮询顺序处理事件，无内置优先级。
uint16 Task_ProcessEvent(...) {
// 按照判断顺序，轮询处理
if (events & SAMPLE_EVENT_DATA_READY) { ... }
else if (events & SAMPLE_EVENT_TIMEOUT) { ... }
}
3.复合事件
支持一次性触发多个事件（通过位或操作|）：
// 同时触发"数据就绪"和"发送失败"事件
osal_set_event(task_id, SAMPLE_EVENT_DATA_READY | SAMPLE_EVENT_SEND_FAILED);
事件编码的典型流程
(1) 定义事件类型
在头文件中明确定义任务的专属事件：
#define SAMPLE_EVENT_DATA_READY 0x0001 // 数据就绪 （二进制：0000 0000 0000 0001）
#define SAMPLE_EVENT_TIMEOUT 0x0002 // 超时 （二进制：0000 0000 0000 0010）
(2) 触发事件
在外部逻辑（如中断、其他任务）中触发事件：
// 触发任务的"数据就绪"和"超时"事件
osal_set_event(sampleTaskID, SAMPLE_EVENT_DATA_READY | SAMPLE_EVENT_TIMEOUT);
(3) 处理事件
在任务的事件处理函数中依次处理事件：
uint16 SampleTask_ProcessEvent(uint8 task_id, uint16 events) {
if (events & SAMPLE_EVENT_DATA_READY) {
process_data(); // 处理数据就绪事件
events ^= SAMPLE_EVENT_DATA_READY; // 清除事件
}
if (events & SAMPLE_EVENT_TIMEOUT) {
handle_timeout(); // 处理超时事件
events ^= SAMPLE_EVENT_TIMEOUT;
}
return events; // 返回剩余未处理的事件（若有）
}
系统消息事件
为了不同任务之间能够发送和接收消息，进行数据通信，特别定义SYS_EVENT_MSG通常占用最高位（如0x8000），表示系统消息事件，用户自定义事件应避免使用该位。通常情况下，把系统消息事件的处理放在其他事件处理之前。
uint16 SampleTask_ProcessEvent(uint8 task_id, uint16 events) {
if (events & SYS_EVENT_MSG) { // 处理系统消息事件
afIncomingMSGPacket_t *msg = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive(task_id); // 接收消息
if (msg != NULL) {
if (msg->hdr.event == AF_INCOMING_MSG_CMD) {
handle_zigbee_message(msg->data); // 处理消息
}
osal_msg_deallocate(msg); // 销毁消息
}
events ^= SYS_EVENT_MSG;
}
if (events & SAMPLE_EVENT_DATA_READY) {
process_data(); // 处理数据就绪事件
events ^= SAMPLE_EVENT_DATA_READY; // 清除事件
}
if (events & SAMPLE_EVENT_TIMEOUT) {
handle_timeout(); // 处理超时事件
events ^= SAMPLE_EVENT_TIMEOUT;
}
return events; // 返回剩余未处理的事件（若有）
}
同样的，消息的发送函数中也是要调用 osal_set_event(task_id, SYS_EVENT_MSG);
事件驱动任务的运行机制，当有事件到来时，才去激活任务，执行任务处理流程。
在前面提到，osalNextActiveTask函数会依次检查当前的任务链表中的每一个任务，是否有事件发生。如果有就根据任务链表排列顺序，依次执行任务，任务处理完事件后，需显式清除对应事件位，避免重复触发，直到所有的事件都处理完毕。
OsalTadkREC_t *osalNextActiveTask(void)
{
OsalTadkREC_t *TaskSech;
// Start at the beginning
TaskSech = TaskHead;
// When found or not
while(TaskSech)
{
if(TaskSech->events)
{
// task is highest priority that is ready
return TaskSech;
}
TaskSech = TaskSech->next;
}
return NULL;
}
在没有事件发生的时候，任务不会被激活。当有事件发生时，调用 osal_set_event(byte task_id, uint16 event_flag) 来激活任务，event_flag是指当前所发生的事件标志位。osal_set_event给task_id所对应的任务的events值赋值。
uint8 osal_set_event(byte task_id, uint16 event_flag)
{
OsalTadkREC_t *srchTask;
srchTask = osalFindTask(task_id);
if(srchTask)
{
// Hold off interrupts
HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION();
// Stuff the event bit(s)
srchTask->events |= event_flag;
// Release interrupts
HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION();
}
else
return (INVALID_TASK);
return (ZSUCCESS);
}
而 osal_set_event(byte task_id, uint16 event_flag) 则是清除事件标志位：
uint8 osal_clear_event(uint8 task_id, uint16 event_flag)
{
OsalTadkREC_t *srchTask;
srchTask = osalFindTask(task_id);
if(srchTask)
{
// Hold off interrupts
HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION();
// Stuff the event bit(s)
srchTask->events &= ~event_flag; // 等价于srchTask->events ^= event_flag;
// Release interrupts
HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION();
}
else
return (INVALID_TASK);
return (ZSUCCESS);
}
1.3 源码链接地址
OSAL github 链接地址 stm32 osal keil工程链接地址如下： stm32 osal 测试工程链接
二、消息的管理机制
三、定时器的实现
四、内存管理