QF结构分析

Posted 2021-03-22 water-sea

1.QP简介：

量子平台(Quantum Platform, 简称QP)是一个用于实时嵌入式系统的软件框架，QP是轻量级的、开源的、基于层次式状态机的、事件驱动的平台。

QP包括事件处理器(QEP)、轻量级的事件驱动框架(QF)、任务调度微内核(QK)和实时跟踪调试器(QS)四个部分。

利用QP可以开发出结构清晰的嵌入式应用程序(使用C或C++语言)。

图1.QP总体结构

2.QP之QF简介

QF是QP的核心，可以把QF理解为软件总线(software bus，SBus)。在这个软件总线上连接着很多的AO和硬件中断服务程序ISR，QF负责事件的存贮、分发和回收等功能，也就是事件驱动。

QF是一个事件驱动框架。应用程序可以创建事件实例，放到事件池中，并分发事件到相应注册了这个事件的活动对象(状态机,任务)AO中。应用程序可以注册特定的事件，当有事件发生时，QF就会分发事件到AO中。应用程序是由多个AO组成，每个AO可以认为是一个任务。把硬件中断程序也当做AO看待，只是优先级比较高。

QF量子框架由五个数据结构及操作组成，其数据结构采用了uCOS-II相似的结构。

图2.细化的QF总体结构

3.QF分发事件

如图 1所示，QF是个软件总线，在这个软件总线上连接着AO和ISR。QF中包含5个主要的数据结构（受uCOS II影响很深，要看一下uCOS II内核）。

有两种事件的分发方式:

（1）直接分发事件

一个AO直接分发事件到另一个AO，就是直接投递事件。这种方式分发事件的AO要知道目标AO。

使用void QActive_postFIFO(QActive *me, QEvent const *e) 函数分发事件。

（2）P/S分发事件

利用QF中的AO订阅事件表，以P/S(Publish-Subscribe出版-订阅)方式分发事件，也就是P/S投递事件。 这种方式分发事件AO不用知道目标AO，QF查找AO订阅事件表就知道把事件分发到什么地方。P/S投递方式减少了AO之间的耦合度。

使用void QF_publish(QEvent const *e)函数分发事件。

图3.QF软件总线和两种投递事件方式

框架QF包括活动对象AO，每个AO包含一个AO队列(QEQueue)和状态机。QF中还有5个主要的数据结构表，其中有3个AO相关的数据结构：AO订阅事件表，AO队列状态表，AO注册表；有1个事件池QMPool，用于保存事件实例，其它事件都是对这个事件实例的引用；有1个时间事件链表QtimeEvt，用于定时事件处理。图 2是相应数据表与QF和AO的关系。

图4.QF框架及五个数据表

4.QF运行

QF运行时，包括的过程有：
（1）QF初始化；
（2）AO和ISR产生事件；
（3）分发事件到AO队列；
（4）循环调度分派事件到状态机。
在把事件放到AO队列中时，会置位AO队列状态表相应位；从AO队列中取出事件时，会清零AO队列状态表相应位。总之，放事件到AO队列或从AO队列取事件，都会修改AO队列状态表。

图5.QF运行过程及数据表关系

（1）QF初始化
在QF运行之前，首先要进行初始化，要创建AO、创建事件池、创建AO订阅事件表，创建AO队列等一系统开始工作。

图6.QF初始化

（2）AO和ISR产生事件
在AO或ISR中，用Q_NEW()宏可以创建用户事件实例，并放到事件池中。
如用 UserEvt *pe = Q_NEW(UserEvt , UserSig1)
创建了一个用户事件pe。可以分发这个用户事件pe到AO队列中。

其中，UserEvt是增加了参数的用户自定义事件，它是继承自QEvent，UserEvt定义如下，

typedef struct UserEvtTag {
QEvent
super; / 继承自QEvent /
uint8_t parameter;/增加的事件参数 /
} UserEvt;

UserSig1是用户定义的信号，用枚举来定义，定义如下，

enum UserSignals {
User1SIG = QUSER_SIG,/ 用户定义第一个信号 /
User2_SIG, / 第二个信号 /
User3_SIG, / 第三个信号 /
...

/ 其它信号 /
};

（3）分发事件到AO队列

可以用QActive_postFIFO(TargetAO, (QEvent *)pe)直接分发事件或用QF_publish((QEvent *)pe)间接分发事件到目标AO队列中。使用直接分发事件方式时，不需要AO订阅事件表QF_subscrList的参与，而间接分发事件时要用到AO订阅事件表。

这两种分发事件都会修改AO队列状态表QF_readySet_(QK中，用QK_readySet)，置位相应位，而在Vanilla调度或QK调度会清除AO队列状态表相应位。

（4）循环调度分派事件到状态机
- 有两种调度方式，一种是超级循环调度Vanilla方式，这种方式的任务是非抢占式的；
- 另一种方式是QK调度方式，QK是一个微调度内核，这种方式任务是抢占式的。

两种调度方式的流程：

图7.Vanilla调度流程

图8.QK调度流程

5.总结

QF是一个框架，用于事件的产生、保存、分发事件。有两种事件分发方式，并支持两种对任务的调度方式；可以理解QF为一个软件总线，其上安装了很多的AO和ISR。最多可以支持63个AO+ISR。

参考：
【1】QP量子平台、量子编程:http://www.state-machine.com