ITRON入門タスクの概念と理解するためのイメージ

こんにちは、ナナです。

リアルタイムOSが搭載されたシステムではタスクという概念でプログラムが動作します。

タスクというものをイメージとしてどのように捉えるかは、リアルタイムOSを知るうえで非常に大事なことです。まずはタスクをしっかりとイメージできるようにしましょう。

本記事では次の疑問点を解消する内容となっています。

本記事で学習できること

タスクとは何なのか？
タスクを捉えるイメージとは？
リアルタイムOSが搭載していないシステムにおける課題とは何か？
タスクとスレッドとプロセスの違いとは？

では、順に解説していきましょう。

ITRON仕様のおけるタスクの定義と理解するためのイメージ
1. タスクを捉えるイメージ
2. プログラムが動くとは労働者が働くこと
リアルタイムOSを搭載しないプログラムの課題
タスクとスレッドとプロセスの関係

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ITRON仕様のおけるタスクの定義と理解するためのイメージ

ITRON仕様書のPDFを開いて「3.1 基本的な用語の意味」を見てみましょう。タスクという用語は次のように定義されています。

「プログラムの平行実行の単位をタスクと呼ぶ」

リアルタイムOS及びITRON仕様を理解する上で、「タスク」というものを知ることがすべての始まりです。このタスクを中心にITRONはシステムを動作させます。まずはタスクの概念を学びましょう。

タスクを捉えるイメージ

プログラムの平行実行の単位と言われてもなかなかイメージがつかみづらいですね。

「タスク」とは翻訳すると「仕事」といった意味です。リアルタイムOSを解説したサイトではやはりタスクを仕事として解説しているものも多いです。

しかし、私がタスクというものに対して抱いているイメージは異なります。

タスクとはプログラムを動かす労働者である

これが私のタスクに対するイメージです。

プログラムが動くとは労働者が働くこと

皆さんはこれまでにC言語入門編やマイコン入門編においてたくさんのプログラムを作成してきました。例えば次のようなプログラムですね。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	long calc = 0;

	calc = 100 + 200;

	printf("結果：%d", calc);

	return 0;
}

このようなプログラムをステップ実行を行いながら、１行１行プログラムを動作させたことがあるでしょう。

このプログラムが１行ずつ動くということが、労働者がプログラムの処理内容を実施していると捉えます。これがタスクのイメージです。

C言語においてはmain関数からプログラムが動き出します。

つまり、プログラムが動き出す時に労働者が１人用意され、その労働者に対して「君はmain関数という仕事を実施してくれたまえ！」と指示がされて動いているということになります。

このようにプログラムを「仕事内容」として捉え、タスクを「仕事を実施する労働者」として捉えるイメージです。このイメージがタスクというものを理解する上で大事なイメージです。

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リアルタイムOSを搭載しないプログラムの課題

リアルタイムOSを搭載しないシステムでは、そもそもタスクという概念はありません。

それでもmain関数を実施する労働力は用意されるのですから、あえて言うなれば１人のタスク（シングルタスク）で動作しているとも言えます。

それではシングルタスクのシステムにおける問題とはどのような場合に起こるのかを考えてみましょう。

ソフトウェアシステムとは様々なミッションがプログラムという形で作られ動いていきます。これから２つのミッションを作るうえでシングルタスクの難しさを明確化していきます。

LED点滅のミッション

プログラムというのは順次処理が基本であり、記述された順に上から下へ実行されます。

例えば現時点の次のプログラムを見てみましょう。LEDが点滅しているのはタスクがこのミッションを実行しているからです。

１秒ごとにLEDを点滅するミッション

LEDのオレンジを点灯
LEDのグリーンを消灯
１秒間待機（1000ミリ秒）
LEDのオレンジを消灯
LEDのグリーンを点灯
１秒間待機（1000ミリ秒）

main.c

//------------------------------------------------
//  概  要：    MAINタスク
//------------------------------------------------
void MAIN(VP_INT exinf)
{
    while(1)
    {
        Led_setLight(D_LED_KIND_ORANGE, D_LED_LIGHT_ON);
        Led_setLight(D_LED_KIND_GREEN, D_LED_LIGHT_OFF);
        dly_tsk(1000);

        Led_setLight(D_LED_KIND_ORANGE, D_LED_LIGHT_OFF);
        Led_setLight(D_LED_KIND_GREEN, D_LED_LIGHT_ON);
        dly_tsk(1000);
    }

    return;
}

dly_tsk関数とはITRON仕様の関数であり、指定時間（ミリ秒）だけタスクの動きを停止させる関数です。このように順番に決められた作業を忠実に行うプログラムは書きやすいですね。

音を鳴らすミッション

では、次に別のミッションを作ってみましょう。２秒ごとに「ピッピッ」というビープ音を２回出力するミッションが必要になったとします。

ビープ音出力のミッション

「ド」の音を出力
100ミリ秒間待機
音の出力を停止
100ミリ秒間待機

※ビープ音を出力するとはこのプログラムを２回繰り返すこととする。

main.c

//------------------------------------------------
//  概  要：    MAINタスク
//------------------------------------------------
void MAIN(VP_INT exinf)
{
    while(1)
    {
        int i;

        // 400msの時間ビープ音を鳴らす
        for (i=0 ; i < 2 ; i++)
        {
            Spk_start(E_SPK_SCALE_DO);
            dly_tsk(100);

            Spk_stop();
            dly_tsk(100);
        }

        // 2000ms - 400ms を待機
        dly_tsk(1600);
    }

    return;
}

MAIN関数の中身をこのミッションに変更してみましょう。皆さんも書き換えて動かしてみてください。２秒間隔でビープ音が出力されるのがわかるはずです。