物联网系统RT-Thread学习---内核学习

Posted 2022-02-05 胖哥王老师

上集回顾

《物联网系统RT-Thread学习—开发环境搭建》

本集预告

内核部分的介绍，在官方的文档中，介绍的巨细无比：
RT-Thread文档中心
所以这里就介绍一些概念和值得注意的内容。更像是我读了文档中心的一些理解

前戏

介绍一下工程的配置方法，可以通过图形化的界面，配置你的系统内核，组件，软件包和硬件参数，简直不能太美丽。

实际上是一种menuconfig的图形化表示，目录中的kconfig文件格式，与linux的内核配置是基本是一样的。

线程

RT-Thread操作系统是基于线程调度的多任务系统。

• 调度过程是一种完全抢占式的基于优先级的调度算法，即在系统中除了中断处理函数、调度器上锁部分的代码和禁止中断的代码是不可抢占的之外，系统的其他部分都是可以抢占的，包括线程调度器自身。
• 支持8/32/256优先级，其中0表示最高，7/31/255表示最低。最低优先级7/31/255优先级用于空闲线程。
• 支持以相同优先级运行的线程。 共享时间片循环调度用于这种情况。
• 线程包含五种状态，操作系统会自动根据它运行的情况来动态调整它的状态。

我用的开发板是STM32的开发板，在rtconfig.h中，可以定义优先级的参数，默认为32个优先级。

创建线程

RTT的线程分为动态线程和静态线程，静态线程创建

rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread* thread,
                        const char* name,
                        void (*entry)(void* parameter), void* parameter,
                        void* stack_start, rt_uint32_t stack_size,
                        rt_uint8_t priority, rt_uint32_t tick);

动态线程创建

rt_thread_t rt_thread_create(const char* name,
                            void (*entry)(void* parameter),
                            void* parameter,
                            rt_uint32_t stack_size,
                            rt_uint8_t priority,
                            rt_uint32_t tick);

二者创建之后，都需要执行

rt_err_t rt_thread_startup(rt_thread_t thread);

来启动线程。
这两种有什么区别呢？

静态方式的时候，需要注意的是，用户提供的栈首地址需做系统对齐（例如 ARM 上需要做 4 字节对齐）
这就是代码中这里的含义

ALIGN(RT_ALIGN_SIZE) //字节对齐
static char thread2_stack[1024];
static struct rt_thread thread2;

一般人我不告诉他

让出CPU

这里有两个函数rt_thread_yield() 函数和 rt_schedule()，前者就是自己会让出CPU，并且重新跑到队尾去排队，而后者是让出CPU，但是不会重新去排队，所以在有相同优先级的线程时候，会有运行的差别。

时间管理

时钟节拍

这个概念就是系统的心跳，时间的最小单位，任务执行的最小时间吧，在STM32F103中默认的时钟节拍是每秒1000次，也就是最小的时间颗粒是1ms

如果要做一些更细微的事情呢，就需要参考高精度延时了。

定时器

分为一次性，周期性，软件定时和硬件定时，创建方式和前面的线程一样，分为动态和静态方式，创建之后也需要手动启动。

线程间同步

这里主要讲一下事件集，简单来说就是一个32位数字，每一位都可以代表一个事件，有的线程可以修改事件，有的线程可以选择监听事件某个或者某些事件，并且事件集可以用来一对多的进行消息同步，这个和FreeRTOS的事件组是一样的东西。
FreeRTOS事件组内容
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线程间通讯

同步是传递0与1的值，来控制不同程序按照不同步骤运行，通讯则是传递消息，用来将数据从一个线程，共享到另一个或者几个线程。
消息队列和邮箱，都和μC/OS II中的一样，也是用来传递多个指针和单个指针的内存数据。对μC/OS II感兴趣的话，可以参考我的另一篇文章
《μC/OS-II学习–使用篇（一篇就足够了）》
这里重点介绍一下一种通讯方式

信号

这个和信号量不一样，信号量是等来的，这个信号，是一种中断，不知道什么时候，它就来了。

信号本质是软中断，用来通知线程发生了异步事件，用做线程之间的异常通知、应急处理。一个线程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，线程也不知道信号到底什么时候到达，线程之间可以互相通过调用 rt_thread_kill() 发送软中断信号。

这与linux中的signal是一样的，线程可以注册一个函数，用来执行用户消息，当有另外的线程发送这个信号给此线程的时候，线程就会去执行那个函数，用来处理响应。

不过默认的STM32小蓝板的工程，默认并不支持signal，通过以下方式打开

内存管理

内存堆管理

内存堆管理用于管理一段连续的内存空间，有以下三种方法

方法	特点
小内存管理算法	主要针对系统资源比较少，一般用于小于 2MB 内存空间的系统
slab 内存管理算法	主要是在系统资源比较丰富时，提供了一种近似多内存池管理算法的快速算法
memheap 方法	适用于系统存在多个内存堆的情况，它可以将多个内存 “粘贴” 在一起，形成一个大的内存堆，用户使用起来会非常方便。

STM32默认的是小内存管理法。说白了还是资源不足啊。

内存池管理

内存池是一种内存分配方式，用于分配大量大小相同的小内存块，它可以极大地加快内存分配与释放的速度，且能尽量避免内存碎片化。此外，RT-Thread 的内存池支持线程挂起功能，当内存池中无空闲内存块时，申请线程会被挂起，直到内存池中有新的可用内存块，再将挂起的申请线程唤醒。

中断管理

在访问临界资源的时候，可以用下面方法

/* 关闭全局中断 */
level = rt_hw_interrupt_disable();
cnt += no;
/* 恢复全局中断 */
rt_hw_interrupt_enable(level);

结束语

RTT的内核，集百家所长，借鉴了FreeRTOS，linux，μC/OS中的各种有价值的东西，并且提供了更为有价值的组件和软件包，配合一个优秀的Studio，绝对是当前物联网开发的神兵利器。