PX4模块设计之十三:WorkQueue设计
Posted lida2003
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了PX4模块设计之十三:WorkQueue设计相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
PX4模块设计之十三:WorkQueue设计
1. WorkQueue启动
WorkQueue是PX4飞控软件的Common(公共)组件,通过函数px4::WorkQueueManagerStart开始启动的,这之前请参考PX4模块设计之十:PX4启动过程。
board_app_initialize
└──> px4_platform_init
└──> px4::WorkQueueManagerStart
注1:Nuttx系统是支持WorkQueue的。但是PX4在common(公共)组件层实现了类似的WorkQueue的功能,而没有直接采用Nuttx系统的WorkQueue。这里初步怀疑还是历史时间上导致的这个结果。
注2:Nuttx第一版本是在2007年发布,开始支持2-3个MCU((i.e. 8051 and ARM7);PX4-AutoPilot是2009年开始的项目,2013年ETH Zurich (苏黎世联邦理工大学)的计算机视觉与几何实验室 Lorenz Meier ,发布了第一代实验版本: 双飞控处理器PX4FMU/PX4IO硬件。
所以综上所述,鉴于以下原因
1)其历史原因,PX4-AutoPilot的公共组件WorkQueue独立实现;
2)飞控模式采用C++类继承进行开发和管理;
3)uORB消息组件采用C++类进行管理;
4)HRT高精度定时采集触发管理;
WorkQueue的整体管理上结合了上述历史原因,将C/C++设计,类,继承,以及内核态/用户态。整体感觉异常复杂,这部分内容实在不太敢恭维!!!(—AnyWay, 历史原因吧!!!—)
2. WorkQueue接口
2.1 基本接口
最为基本的WorkQueue管理接口并不负责,主要就是Start/Stop/Status三个。
int WorkQueueManagerStart() //WorkQueue管理启动任务
int WorkQueueManagerStop() //作为基础组件这个基本不需要Stop,至少目前代码上没有看到有Stop的地方。
int WorkQueueManagerStatus() //WorkQueue状态查询
2.2 辅助接口
const wq_config_t & device_bus_to_wq(uint32_t device_id_int) //device_bus 转 wq配置
const wq_config_t & serial_port_to_wq(const char *serial) //serial_port 转 wq配置
const wq_config_t & ins_instance_to_wq(uint8_t instance) //instance 转 wq配置
static WorkQueue * FindWorkQueueByName(const char *name) //通过名字查WorkQueue
WorkQueue * WorkQueueFindOrCreate(const wq_config_t &new_wq) //查找或者创建WorkQueue
2.3 WorkQueue任务函数
WorkQueue目前是支持Flat和Protected Build两种编译模式,不同编译模式下最显著的差异就是Flat Build下采用pthread_create建立任务,而Protected Build下采用px4_task_spawn_cmd建立任务。
2.3.1 Flat Build
static void * WorkQueueRunner(void *context)
2.3.2 Protected Build
该函数内部实现会再次调用Flat Build的函数(此时运行的代码空间将会是内核态)。
inline static int WorkQueueRunner(int argc, char *argv[])
2.4 重点接口分析
2.4.1 WorkQueueManagerStart
WorkQueueManagerStart
├──> <_wq_manager_should_exit.load() && (_wq_manager_create_queue == nullptr)>
│ ├──> _wq_manager_should_exit.store(false);
│ ├──> int task_id = px4_task_spawn_cmd("wq:manager",SCHED_DEFAULT,SCHED_PRIORITY_MAX,PX4_STACK_ADJUSTED(1280),(px4_main_t)&WorkQueueManagerRun,nullptr);
│ └──> <task_id < 0>
│ ├──> _wq_manager_should_exit.store(true);
│ ├──> PX4_ERR("task start failed (%i)", task_id);
│ └──> return -errno;
├──> else
│ ├──> PX4_WARN("already running");
│ └──> return PX4_ERROR;
└──> return PX4_OK;
2.4.2 WorkQueueManagerRun
WorkQueueManagerRun
├──> _wq_manager_wqs_list = new BlockingList<WorkQueue *>();
├──> _wq_manager_create_queue = new BlockingQueue<const wq_config_t *, 1>();
├──> <while (!_wq_manager_should_exit.load())>
│ ├──> const wq_config_t *wq = _wq_manager_create_queue->pop(); //当没有work queue的时候,管理任务始终阻塞在这里。
│ └──> <wq != nullptr> //不应该是空,容错以防段错误,里面是建立新的work queue
│ ├──> [stack, priority, etc] //略。。。。
│ ├──> [Flat Build, pthread_create WorkQueueRunner]
│ ├──> [Protected Build, px4_task_spawn_cmd WorkQueueRunner]
│ ├──> <pid > 0>
│ │ └──> PX4_DEBUG("starting: %s, priority: %d, stack: %zu bytes", wq->name, sched_priority, stacksize);
│ └──> <else>
│ └──> PX4_ERR("failed to create thread for %s (%i): %s", wq->name, pid, strerror(pid));
└──> return 0;
2.4.3 WorkQueueRunner
WorkQueueRunner
├──> wq_config_t *config = static_cast<wq_config_t *>(context);
├──> WorkQueue wq(*config);
├──> _wq_manager_wqs_list->add(&wq); // add to work queue list
├──> wq.Run(); // 这里就是
├──> _wq_manager_wqs_list->remove(&wq); // remove from work queue list
└──> return nullptr;
2.4.4 WorkQueue::Run
WorkQueue::Run
├──> <while (!should_exit())>
│ ├──> do while (px4_sem_wait(&_process_lock) != 0); // loop as the wait may be interrupted by a signal
│ ├──> work_lock();
│ └──> <while (!_q.empty())>
│ ├──> WorkItem *work = _q.pop();
│ ├──> work_unlock(); // unlock work queue to run (item may requeue itself)
│ ├──> work->RunPreamble();
│ ├──> work->Run(); // 真实需要执行的Run函数,通常是继承WorkItem的对象
│ ├──> work_lock(); // re-lock
│ └──> work_unlock();
└──> PX4_DEBUG("%s: exiting", _config.name);
2.4.5 WorkQueueFindOrCreate
WorkQueueFindOrCreate
├──> <_wq_manager_create_queue == nullptr>
│ ├──> PX4_ERR("not running");
│ └──> return nullptr;
├──> WorkQueue *wq = FindWorkQueueByName(new_wq.name); // search list for existing work queue
├──> <wq == nullptr>
│ ├──> _wq_manager_create_queue->push(&new_wq); //这里很重要,只有push了,WorkQueueManagerRun里面才能执行下去。
│ ├──> _uint64_t t = 0;
│ └──> _<while (wq == nullptr && t < 10_s)> // we wait until new wq is created, then return
│ ├──> t += 1_ms;
│ ├──> px4_usleep(1_ms);
│ ├──> wq = FindWorkQueueByName(new_wq.name);
│ └──> <wq == nullptr>
│ └──> PX4_ERR("failed to create %s", new_wq.name);
└──> return wq;
3. 总结
工作队列,其实并不负责。而PX4的工作队列为什么看起来复杂,主要是工作队列和实际的业务耦合。这里我们还没有将uORB的订阅内容放到里面,如果结合这部分,再加上多个继承业务的相互切换等内容,就看似更加复杂了。
所以我们尤其强调设计需要松耦合,尽量模块化,明确接口设计,明确框架设计。
4. 参考资料
【1】PX4开源软件框架简明简介
【2】Nuttx WorkQueue
以上是关于PX4模块设计之十三:WorkQueue设计的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章