RT-thread-2022夏令营-学习总结-第二天

2023-05-16

RT-thread-2022夏令-第二天，今天的主要内容分为三大部分：

RT-Thread的启动流程
线程的管理
线程的创建

一、RTT启动流程（基于HPM6750芯片）

1、系统上电后首先执行start.S启动文件

2、reset_handler(void)复位函数

3、entry()系统入口函数

4、rtthread_startup()系统启动函数

5、rt_application_init创建main（）

6、$Super$$main()

二、线程管理

1、线程调度

2、线程优先级

3、空闲线程idle

4、时间片

5、线程错误码

6、线程控制块

7、线程状态

三、线程的创建

1、静态线程

2、动态线程创建

3、双线程运行实验

一、RTT启动流程（基于HPM6750芯片）

在芯片上电到进入用户服务函数main之间还存在RTT系统启动的操作

1、系统上电后首先执行start.S启动文件

该文件为汇编文件，主要实现对系统堆栈的一些初始化与驱动C中的复位函数

2、reset_handler(void)复位函数

该函数为系统启动中的第一个运行的C函数，主要功能有：使能PLIC中断、初始化系统虚实地址、调用平台特定的硬件初始化、最后以entry（）作为系统入口函数。

void reset_handler(void)
{
    /**
     * Disable preemptive interrupt
     */
    HPM_PLIC->FEATURE = 0;
    /*
     * Initialize LMA/VMA sections.
     * Relocation for any sections that need to be copied from LMA to VMA.
     */
    c_startup();

    /* Call platform specific hardware initialization */
    system_init();

    /* Do global constructors */
    __libc_init_array();

    /* Entry function */
    entry();
}

3、entry()系统入口函数

entry()入口函数只调用了rtthread_startup()启动代码

int entry(void)
{
    rtthread_startup();
    return 0;
}

4、rtthread_startup()系统启动函数

这部分代码主要实现了如下与系统启动相关的内容：

初始化与系统相关的硬件；
初始化系统内核对象，例如定时器、调度器、信号；
创建 main 线程，在 main 线程中对各类模块依次进行初始化
初始化定时器线程、空闲线程，并启动调度器。

int rtthread_startup(void)
{
    rt_hw_interrupt_disable();

    /* board level initialization
     * NOTE: please initialize heap inside board initialization.
     */
    rt_hw_board_init();

    /* show RT-Thread version */
    rt_show_version();

    /* timer system initialization */
    rt_system_timer_init();

    /* scheduler system initialization */
    rt_system_scheduler_init();

#ifdef RT_USING_SIGNALS
    /* signal system initialization */
    rt_system_signal_init();
#endif /* RT_USING_SIGNALS */

    /* create init_thread */
    rt_application_init();

    /* timer thread initialization */
    rt_system_timer_thread_init();

    /* idle thread initialization */
    rt_thread_idle_init();

#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_spin_lock(&_cpus_lock);
#endif /* RT_USING_SMP */

    /* start scheduler */
    rt_system_scheduler_start();

    /* never reach here */
    return 0;
}

5、rt_application_init创建main（）

在 rtthread_startup() 函数中调用 rt_application_init() 函数，该函数会创建一个初始化线程该线程函数入口是 main_thread_entry()，在这个函数中会调用 $Super$$main()，进入 main()。

void rt_application_init(void)
{
    rt_thread_t tid;

#ifdef RT_USING_HEAP
    tid = rt_thread_create("main", main_thread_entry, RT_NULL,
                           RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE, RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);
    RT_ASSERT(tid != RT_NULL);
#else
    rt_err_t result;

    tid = &main_thread;
    result = rt_thread_init(tid, "main", main_thread_entry, RT_NULL,
                            main_stack, sizeof(main_stack), RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);
    RT_ASSERT(result == RT_EOK);

    /* if not define RT_USING_HEAP, using to eliminate the warning */
    (void)result;
#endif /* RT_USING_HEAP */

    rt_thread_startup(tid);
}

6、$Super$$main()

该函数中主要就干了两件事：

调用rt_components_init()对系统线程组件初始化；
调用main（）进入用户主函数。

至此，RT-thread系统算是启动完毕，接下来都是用户服务函数。

void main_thread_entry(void *parameter)
{
    extern int main(void);

#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    /* RT-Thread components initialization */
    rt_components_init();
#endif /* RT_USING_COMPONENTS_INIT */

#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_secondary_cpu_up();
#endif /* RT_USING_SMP */
    /* invoke system main function */
#ifdef __ARMCC_VERSION
    {
        extern int $Super$$main(void);
        $Super$$main(); /* for ARMCC. */
    }
#elif defined(__ICCARM__) || defined(__GNUC__) || defined(__TASKING__)
    main();
#endif
}

二、线程管理

线程是RTOS最重要的组成部分，把一个功能划分为多个任务，把每个任务做为一个线程，合理划分正确的执行后就能实现复杂问题简单化，并且也能满足实时系统的性能及时间的要求。

1、线程调度

线程调度器是线程最重要的内容，RT-thread的线程调度是抢占式的，根据优先级的高低来进行线程的调度，当就绪线程的优先级在线程列表中最高时，调度器就会让该线程进入CPU处理。

2、线程优先级

RT-thread 线程的优先级是表示线程被调度的优先程度。每个线程都具有优先级，线程越重要，赋予的优先级就应越高，线程被调度的可能才会越大。

RT-thread最大支持256个优先级（0-255），数值越小优先级越高，0最低一般给空闲线程用，用户不用。

3、空闲线程idle

如果没有其它线程可以运行，系统就会为 CPU 创建一个空闲线程，这个时候 CPU 就运行空闲线程。在 RTThread 中，空闲线程是系统在初始化的时候创建的优先级最低的线程，空闲线程主体主要是做一些系统内存的清理工作。

4、时间片

RT-Thread 允许多个线程具有相同的优先级，相同优先级的线程之间采用时间片轮转的方式进行调度。创建线程的时候，可以配置线程的时间片参数。时间片仅对优先级相同的就绪线程有效。

注：时间片的作用是约束线程单次运行的时长，其单位是系统时钟节拍（OS Tick）。

5、线程错误码

一个线程就是一个执行场景，错误码是与执行环境密切相关的，所以每个线程配备了一个变量用于保存错误码，线程的错误码有以下几种：

#define RT_EOK           0 /* 无错误     */
#define RT_ERROR         1 /* 普通错误     */
#define RT_ETIMEOUT      2 /* 超时错误     */
#define RT_EFULL         3 /* 资源已满     */
#define RT_EEMPTY        4 /* 无资源     */
#define RT_ENOMEM        5 /* 无内存     */
#define RT_ENOSYS        6 /* 系统不支持     */
#define RT_EBUSY         7 /* 系统忙     */
#define RT_EIO           8 /* IO 错误       */
#define RT_EINTR         9 /* 中断系统调用   */
#define RT_EINVAL       10 /* 非法参数      */

6、线程控制块

线程控制块是操作系统用于管理线程的一个数据结构，它会存放线程的一些信息，例如优先级、线程名称、线程状态、程序与程序间连接用的链表结构等，在 RT-Thread 中，线程控制块由结构体 struct rt_thread 表示。

7、线程状态

RT-Thread 提供一系列的操作系统调用接口，使得线程的状态在这五个状态之间来回切换。几种状态间的转换关系如下图所示：

线程通过调用函数 rt_thread_create/init() 进入到初始状态（RT_THREAD_INIT）；
初始状态的线程通过调用函数 rt_thread_startup() 进入到就绪状态（RT_THREAD_READY）；
就绪状态的线程被调度器调度后进入运行状态（RT_THREAD_RUNNING）；
当处于运行状态的线程调用 rt_thread_delay()，rt_sem_take()，rt_mutex_take()，rt_mb_recv() 等函数或者获取不到资源时，将进入到挂起状态（RT_THREAD_SUSPEND）；
处于挂起状态的线程，如果等待超时依然未能获得资源或由于其他线程释放了资源，那么它将返回到就绪状态。挂起状态的线程，如果调用 rt_thread_delete/detach() 函数，将更改为关闭状态（RT_THREAD_CLOSE）；
而运行状态的线程，如果运行结束，就会在线程的最后部分执行 rt_thread_exit() 函数，将状态更改为关闭状态。

三、线程的创建

1、静态线程

所谓静态创建，就是在SRAM中提前给线程划分一部分内存空间，与线程有关的所有内存都在那一块内存空间中。创建流程如下：

定义线程栈
定义线程控制块
定义线程函数
初始化线程
启动线程

ALIGN(8)//栈空间地址对齐
static rt_uint8_t static_stack[2048];//定义栈空间大小2048*8
static struct rt_thread static_thread;//定义线程控制块
void thread1(void)//线程函数1
{
    while(1)
    {
       rt_thread_mdelay(100);
       rt_kprintf("1");
    }
}
void thread_test(void)
{
    rt_thread_init(&static_thread,    //线程控制块
                  "thread1",        //线程名称
                  thread1,          //线程入口函数
                  RT_NULL,          //线程入口函数参数
                  &static_stack[0], //线程栈起始地址
                  2048,             //栈大小
                  16,               //线程优先级
                  100);             //时间片
  rt_thread_startup(&static_thread);//启动线程
}

2、动态线程创建

动态线程创建时，系统自动从动态内存堆上分配栈空间与线程句柄，不用用户自己定义。但是我们要清楚线程栈在线程创建的时候创建，也就是线程栈是根据创建线程的大小来给定的，线程创建函数会返回一个指针，指向该线程的线程控制块，所以要预先定义一个线程控制块指针。

定义线程控制块指针
定义线程函数
初始化线程并将返回值赋给线程控制块指针
启动线程

rt_thread_t dynamic_thread = RT_NULL;//定义线程控制块指针

void thread2(void)//线程函数
{
    while(1)
    {
       rt_thread_mdelay(200);
       rt_kprintf("2");
    }
}
void thread_test(void)
{
  /* 利用rt_thread_create() 函数动态创建线程，会返回线程控制块指针 */ 
  dynamic_thread = rt_thread_create(  "thread2", //线程名称
                                      thread2,   //线程入口函数
                                      RT_NULL,   //线程入口函数参数
                                      2048,      //栈大小
                                      16,        //线程优先级
                                      100);      //时间片
  /* 判断动态线程是否创建成功*/ 
  if( dynamic_thread != RT_NULL )
      rt_thread_startup( dynamic_thread );//返回为线程控制块指针，所以不要取地址，直接用
  else
      return -1;
}

3、双线程运行实验

创建一动态线程一个静态线程，并且设置优先级不一样，再通过msh命令控制打印输出1和2。

首先了解一下RTT提供的MSH_CMD_EXPORT(command, desc)，自定义msh命令函数，有带参和不带参数两种使用方法


MSH_CMD_EXPORT(hello , say hello to RT-Thread);//(要导出的命令，命令的描述)

/*导出有参数的命令时，函数的入参为 int argc 和 char**argv。
argc 表示参数的个数，argv 表示命令行参数字符串指针数组指针。导出有参数命令示例如下：*/
static void atcmd(int argc, char**argv)
{
    ……
}
MSH_CMD_EXPORT(atcmd, atcmd sample: atcmd <server|client>);

双线程实验代码：

ALIGN(8)//对齐
static struct rt_thread static_thread;//线程句柄指针
rt_uint8_t static_stack[2048];//空间
rt_thread_t dynamic_thread = RT_NULL;
void thread1(void)//线程1
{
    while(1)
    {
       rt_thread_mdelay(100);
       rt_kprintf("1\r\n");
    }
}
void thread2(void)//线程2
{
    while(1)
    {
       rt_thread_mdelay(200);
       rt_kprintf("2\r\n");
    }
}
void thread_test(void)
{
    /*静态线程，优先级16*/
  rt_thread_init(&static_thread,"thread1",thread1,RT_NULL,&static_stack[0],2048,16,100);
  rt_thread_startup(&static_thread);
    /*动态线程，优先级15*/
  dynamic_thread = rt_thread_create("thread2",thread2,RT_NULL,2048,15,500);
  rt_thread_startup(dynamic_thread);
}
MSH_CMD_EXPORT(thread_test,static thread / dynamic thread test sample);

打开终端查看结果，输出函数名调用函数开启线程，效果如下：

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