嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例：四.初探进程

时间：2021-10-24 22:35:36

嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例：四.初探进程


1.理论

进程，英文称呼很多Process, Task 等等，一般通用操作系统称Process的比较多，各种称呼涵义稍微有不一样。一般而言，进程是对一个运行单元的抽象，主要包括内存（code,data,heap和stack），CPU状态（PC,SP和寄存器值等）与其他OS管理相关的内容。进程是一个运行中的程序。在RTX中，一个task就是一个进程。

一般我们有一个进程控制块（Process control block，PCB），用于记录进程的相关信息。在RTX上，这个控制块叫做task control block（TCB），是一个结构体，其中的成员记录了关于该task的信息，其定义在rt_TypeDef.h中：

typedef struct OS_TCB {
  /* General part: identical for all implementations.                        */
  U8     cb_type;                 /* Control Block Type                      */
  U8     state;                   /* Task state                              */
  U8     prio;                    /* Execution priority                      */
  U8     task_id;                 /* Task ID value for optimized TCB access  */
  struct OS_TCB *p_lnk;           /* Link pointer for ready/sem. wait list   */
  struct OS_TCB *p_rlnk;          /* Link pointer for sem./mbx lst backwards */
  struct OS_TCB *p_dlnk;          /* Link pointer for delay list             */
  struct OS_TCB *p_blnk;          /* Link pointer for delay list backwards   */
  U16    delta_time;              /* Time until time out                     */
  U16    interval_time;           /* Time interval for periodic waits        */
  U16    events;                  /* Event flags                             */
  U16    waits;                   /* Wait flags                              */
  void   **msg;                   /* Direct message passing when task waits  */
  struct OS_MUCB *p_mlnk;         /* Link pointer for mutex owner list       */
  U8     prio_base;               /* Base priority                           */
  U8     ret_val;                 /* Return value upon completion of a wait  */

  /* Hardware dependant part: specific for CM processor                      */
  U8     ret_upd;                 /* Updated return value                    */
  U16    priv_stack;              /* Private stack size, 0= system assigned  */
  U32    tsk_stack;               /* Current task Stack pointer (R13)        */
  U32    *stack;                  /* Pointer to Task Stack memory block      */

  /* Task entry point used for uVision debugger                              */
  FUNCP  ptask;                   /* Task entry address                      */
} *P_TCB;

还是比较一目了然。


一个进程会有它自己的周期，会处在不同的进程状态（state，见上面的state成员），不同的状态有不同的意味，不同的状态间可以相互转换。

在RTX中，task的状态是在rt_Task.h中定义的，一共有10种：

/* Values for 'state'   */
#define INACTIVE        0
#define READY           1
#define RUNNING         2
#define WAIT_DLY        3
#define WAIT_ITV        4
#define WAIT_OR         5
#define WAIT_AND        6
#define WAIT_SEM        7
#define WAIT_MBX        8
#define WAIT_MUT        9

简单说来，可以分为4大类，inactive（进程被清理），ready（就绪），running（执行）和waiting（等待）。状态3至9都可以归为等待状态，区别在于他们等待的东西不同，从等待状态触发到就绪状态的条件不同。


进程的创建和消灭都是主要都牵涉到内存分配，排程器的安排，TCB的处理等等，需要具体的OS具体的分析，我们这里贴一下RTX进程创建的源代码：

OS_TID rt_tsk_create (FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv) {
  /* Start a new task declared with "task". */
  P_TCB task_context;
  U32 i;

  /* Priority 0 is reserved for idle task! */
  if ((prio_stksz & 0xFF) == 0) {
    prio_stksz += 1;
  }
  task_context = rt_alloc_box (mp_tcb);
  if (task_context == NULL) {
    return (0);
  }
  /* If "size != 0" use a private user provided stack. */
  task_context->stack      = stk;
  task_context->priv_stack = prio_stksz >> 8;
  /* Pass parameter 'argv' to 'rt_init_context' */
  task_context->msg = argv;
  /* For 'size == 0' system allocates the user stack from the memory pool. */
  rt_init_context (task_context, prio_stksz & 0xFF, task);

  /* Find a free entry in 'os_active_TCB' table. */
  i = rt_get_TID ();
  os_active_TCB[i-1] = task_context;
  task_context->task_id = i;
  DBG_TASK_NOTIFY(task_context, __TRUE);
  rt_dispatch (task_context);
  os_tsk.run->ret_val = i;
  return ((OS_TID)i);
}

基本就是填TCB，分配内存空间，确定优先级和排程相关设置，这里就不深入分析。消灭进程的源代码也是类似的。



2.进程相关的基本操作

之前讲到，进程在RTX里的基本形式是：

    __task void task(void){  
        for(;;){  
            //...    
            }  
    }

进程相关操作就是RTX提供的围绕这样一个task的一些基本操作，例如创建，消灭等等。

从应用角度来说，了解以下进程基本操作就足够了：

1.创建

最主要的是这个：

os_tsk_create(task_name,priority);

把函数名填入，和进程的优先度，优先度后面的笔记会介绍。

如果留心看源代码，其实源代码的create操作要求一共4个参数(FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv)。我们最基本的这个创建函数并没有接受后两个参数。如果实在有需要，有以下另外三个相关的操作：

os_tsk_create_ex(task_name,priority,para);

这个是用于传递一个初始参数para给相关进程的。例如你有一个LED_On的进程，而你有4个LED，你只有在创建进程时才能决定，你点亮的是哪个LED，那么就可以用这个操作，通过传递参数来决定具体要亮哪个LED。

os_tsk_create_user(task_name,priority,&stack,sizeof(stack));

这个是用来给进程创建自定义stack的。需要传递stack的地址和大小。

os_tsk_create_user_ex(task_name,priority,&stack,sizeof(stack),para);

这个明显就是上面两个的结合。

以上这些创建操作，返回类型都是OS_TID，进程ID，实际值从0到255。 所以可以先声明一个该类型的值，然后创建进程时让其返回该值。


2.消灭

os_tsk_delete(taskID);

填入你要消灭的进程的进程ID，TID。

如果要消灭进程本身，用：

os_tsk_delete_self();

注意，RTX的消灭进程并不清理互斥锁或者信号灯的占有的。所以在消灭一个进程前，确定进程释放了所有资源。内存资源会被这两个操作释放，所以不用担心。


3.杂项

如果想要知道当前进程的ID，使用以下操作：

os_get_TID();

还有一个非常重要的：

os_sys_init(first_task);

这个操作初始化整个RTX，如果不在main中执行这一操作，一切都是空谈。该操作会创建第一个进程，也就是first_task。


一般而言，进程可以创造别的进程，也可以消灭别的进程。但进程只能够消灭本身，而不能创造本身。所以就需要有一个操作去创建第一个进程，然后别的进程可由这个第一个进程去创造。


3.一个完整的例子

一下是一个从初始化，到创建第一个进程，到第一个进程创建别的进程，最后消灭自己的一个例子：


OS_TID taskID1; 
OS_TID taskID2; 

__task void init (void) {
//Necessary Initialization
//...
//Create a task
taskID1 = os_tsk_create(task1, 0);
taskID2 = os_tsk_create(task2, 0);
        os_tsk_delete_self (); // Delete the init(self) task
}

int main(void)
{
//Necessary Initialization
//...
        os_sys_init(init);

}

这个简单的例子足够应付最基本使用RTX的需求了。

关于RTX的排程，优先度，内存分配和一些OS原语，在后面的笔记会记录。


标签：

相关文章