嵌入式OS入門筆記——RTX案例分析之進(jìn)程

嵌入式OS入門筆記-以RTX為案例：

1.理論
? ? 進(jìn)程，英文稱呼很多Process, Task 等等，一般通用操作系統(tǒng)稱Process的比較多，各種稱呼涵義稍微有不一樣。一般而言，進(jìn)程是對(duì)一個(gè)運(yùn)行單元的抽象，主要包括內(nèi)存（code,data,heap和stack），CPU狀態(tài)（PC,SP和寄存器值等）與其他OS管理相關(guān)的內(nèi)容。進(jìn)程是一個(gè)運(yùn)行中的程序。在RTX中，一個(gè)task就是一個(gè)進(jìn)程。
一般我們有一個(gè)進(jìn)程控制塊（Process control block，PCB），用于記錄進(jìn)程的相關(guān)信息。在RTX上，這個(gè)控制塊叫做task control block（TCB），是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其中的成員記錄了關(guān)于該task的信息，其定義在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;

一個(gè)進(jìn)程會(huì)有它自己的周期，會(huì)處在不同的進(jìn)程狀態(tài)（state，見上面的state成員），不同的狀態(tài)有不同的意味，不同的狀態(tài)間可以相互轉(zhuǎn)換。
在RTX中，task的狀態(tài)是在rt_Task.h中定義的，一共有10種：

	/*?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

簡(jiǎn)單說來，可以分為4大類，inactive（進(jìn)程被清理），ready（就緒），running（執(zhí)行）和waiting（等待）。狀態(tài)3至9都可以歸為等待狀態(tài)，區(qū)別在于他們等待的東西不同，從等待狀態(tài)觸發(fā)到就緒狀態(tài)的條件不同。


進(jìn)程的創(chuàng)建和消滅都是主要都牽涉到內(nèi)存分配，排程器的安排，TCB的處理等等，需要具體的OS具體的分析，我們這里貼一下RTX進(jìn)程創(chuàng)建的源代碼：

	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，分配內(nèi)存空間，確定優(yōu)先級(jí)和排程相關(guān)設(shè)置，這里就不深入分析。消滅進(jìn)程的源代碼也是類似的。

2.進(jìn)程相關(guān)的基本操作
進(jìn)程在RTX里的基本形式是：

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

進(jìn)程相關(guān)操作就是RTX提供的圍繞這樣一個(gè)task的一些基本操作，例如創(chuàng)建，消滅等等。
從應(yīng)用角度來說，了解以下進(jìn)程基本操作就足夠了：
最主要的是這個(gè)：
os_tsk_create(task_name,priority);
把函數(shù)名填入，和進(jìn)程的優(yōu)先度，優(yōu)先度后面的筆記會(huì)介紹。
如果留心看源代碼，其實(shí)源代碼的create操作要求一共4個(gè)參數(shù)(FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv)。我們最基本的這個(gè)創(chuàng)建函數(shù)并沒有接受后兩個(gè)參數(shù)。如果實(shí)在有需要，有以下另外三個(gè)相關(guān)的操作：
os_tsk_create_ex(task_name,priority,para);
這個(gè)是用于傳遞一個(gè)初始參數(shù)para給相關(guān)進(jìn)程的。例如你有一個(gè)LED_On的進(jìn)程，而你有4個(gè)LED，你只有在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)才能決定，你點(diǎn)亮的是哪個(gè)LED，那么就可以用這個(gè)操作，通過傳遞參數(shù)來決定具體要亮哪個(gè)LED。
os_tsk_create_user(task_name,priority,&stack,sizeof(stack));
這個(gè)是用來給進(jìn)程創(chuàng)建自定義stack的。需要傳遞stack的地址和大小。
os_tsk_create_user_ex(task_name,priority,&stack,sizeof(stack),para);
這個(gè)明顯就是上面兩個(gè)的結(jié)合。
以上這些創(chuàng)建操作，返回類型都是OS_TID，進(jìn)程ID，實(shí)際值從0到255。 所以可以先聲明一個(gè)該類型的值，然后創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)讓其返回該值。

2.消滅
os_tsk_delete(taskID);
填入你要消滅的進(jìn)程的進(jìn)程ID，TID。
如果要消滅進(jìn)程本身，用：
os_tsk_delete_self();
注意，RTX的消滅進(jìn)程并不清理互斥鎖或者信號(hào)燈的占有的。所以在消滅一個(gè)進(jìn)程前，確定進(jìn)程釋放了所有資源。內(nèi)存資源會(huì)被這兩個(gè)操作釋放，所以不用擔(dān)心。

3.雜項(xiàng)
如果想要知道當(dāng)前進(jìn)程的ID，使用以下操作：
os_get_TID();
還有一個(gè)非常重要的：
os_sys_init(first_task);
這個(gè)操作初始化整個(gè)RTX，如果不在main中執(zhí)行這一操作，一切都是空談。該操作會(huì)創(chuàng)建第一個(gè)進(jìn)程，也就是first_task。

一般而言，進(jìn)程可以創(chuàng)造別的進(jìn)程，也可以消滅別的進(jìn)程。但進(jìn)程只能夠消滅本身，而不能創(chuàng)造本身。所以就需要有一個(gè)操作去創(chuàng)建第一個(gè)進(jìn)程，然后別的進(jìn)程可由這個(gè)第一個(gè)進(jìn)程去創(chuàng)造。

3.一個(gè)完整的例子
一下是一個(gè)從初始化，到創(chuàng)建第一個(gè)進(jìn)程，到第一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建別的進(jìn)程，最后消滅自己的一個(gè)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);??
	??
	}

這個(gè)簡(jiǎn)單的例子足夠應(yīng)付最基本使用RTX的需求了。

關(guān)于RTX的排程，優(yōu)先度，內(nèi)存分配和一些OS原語，在后面的筆記會(huì)記錄。