2022年嵌入式操作系统内核原理和开发 .pdf

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1、软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们嵌入式操作系统内核原理和开发（消息队列）消息队列是线程交互的一种方法，任务可以通过消息队列来实现数据的沟通和交换。在嵌入式系统上， 这可以说这是用的最多的一种方法。通过消息队列， 无论是发送者，还是接受者都可以循环地处理各种消息。而我们知道， 存储消息最好的方式就是循环队列，如果消息已满，那么发送者可以把自己pend 到等待队列上；而如果此时没有消息，那么接受者也可以把自己 pend 到等待队列上。当然实现消息队列的方法很多，甚至用户可以自己利用互斥量和信号量来实现， 而嵌入式系统常常会默认提供这样的功能函数，我想主要的目的还是为了方便用户， 让他

2、们可以更多地从业务的角度来看问题，而不是把重点关注在这些底层的细节上面。首先，我们还是看看rawos 上面关于消息队列的数据结构是怎么定义的，typedefstruct RAW_MSG_Q RAW_VOID *queue_start; /* Pointer to start of queue data */ RAW_VOID *queue_end; /* Pointer to end of queue data */ RAW_VOID *write; /* Pointer to where next message will be inserted in the Q */ RAW_VOID *

3、read; /* Pointer to where next message will be extracted from the Q */ RAW_U32 size; /* Size of queue (maximum number of entries) */ RAW_U32 current_numbers; /* Current number of entries in the queue */ RAW_U16 blocked_send_task_numbers; /*number of blocked send task numbers */ RAW_U16 blocked_recei

4、ve_task_numbers; /*number of blocked send task numbers */ RAW_MSG_Q; typedefstruct RAW_QUEUE RAW_COMMON_BLOCK_OBJECT common_block_obj; RAW_MSG_Q msg_q; RAW_QUEUE; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们上面的代码

5、中有两段数据结构，第一段主要表示循环队列的内容，其中包括了队列首地址、队列末尾地址、当前队列读取地址、当前队列插入地址、队列大小、消息个数、阻塞的发送线程数据、 阻塞的接受线程数目。而第二段数据结构就比较简单，它把通用等待结构和循环队列合在了一起，共同构成了消息队列的数据结构。根据我们以前的经验，互斥同步数据结构的操作都会分成几个部分，当然消息队列也不例外， 也会分成初始化、发送消息、 接受消息、 清除消息、 删除消息队列等几种操作函数。当然，消息队列还是增加了一个新的选项，那就是插入消息的时候可以插入在队列的前方，还是插入在队列的尾部，这在某种程度上决定了消息的优先级。说到这， 我们还是看看

6、消息队列是怎么初始化的，RAW_U16 raw_queue_create(RAW_QUEUE *p_q, RAW_U8 *p_name, RAW_VOID *msg_start, RAW_U32 number) #if (RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)if (p_q = 0) return RAW_NULL_OBJECT; if ( msg_start = 0) return RAW_NULL_POINTER; if (number = 0) return RAW_ZERO_NUMBER; #endif list_init(&p_q-common_block_obj.b

7、lock_list); p_q-common_block_obj.name = p_name; p_q-common_block_obj.block_way = 0; p_q-msg_q.queue_start = msg_start; /* Initialize the queue */名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 p_q-msg_q.queue_end =

8、&msg_startnumber; p_q-msg_q.write = msg_start; p_q-msg_q.read = msg_start; p_q-msg_q.size = number; p_q-msg_q.current_numbers = 0; p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers = 0; p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers = 0; return RAW_SUCCESS; 虽然相比较之前的互斥函数，消息队列的初始化内容好像多一些。但是大家如果对循环队列的知识比较了解的话，其实也不是很复杂的。我们看到

9、， 函数除了对通用阻塞结构进行初始化之外， 就是对这些循环队列进行初始化。接着， 我们就可以看看消息发送函数是怎么样的，static RAW_U16 internal_msg_post(RAW_QUEUE *p_q, RAW_VOID *p_void, RAW_U8 opt_send_method, RAW_U8 opt_wake_all, RAW_U32 wait_option) RAW_U16 error_status; LIST *block_list_head; RAW_U8 block_way; RAW_SR_ALLOC(); #if (RAW_QUEUE_FUNCTION_CHEC

10、K 0)if (raw_int_nesting) if (wait_option != RAW_NO_WAIT) return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR; if (p_q = 0) return RAW_NULL_OBJECT; if (p_void = 0) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们return RAW_NULL_POINTER; #en

11、dif block_list_head = &p_q-common_block_obj.block_list; RAW_CRITICAL_ENTER(); /*queue is full condition, there should be no received task blocked on queue object!*/if (p_q-msg_q.current_numbers = p_q-msg_q.size) if (wait_option = RAW_NO_WAIT) RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_MSG_MAX; else /*system is

12、 locked so task can not be blocked just return immediately*/if (raw_sched_lock) RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_SCHED_DISABLE; /*queue is full and SEND_TO_FRONT method is not allowd*/if (opt_send_method = SEND_TO_FRONT) RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_QUEUE_FULL_OPT_ERROR; p_q-msg_q.blocked_send_tas

13、k_numbers+; raw_task_active-msg = p_void; block_way = p_q-common_block_obj.block_way; p_q-common_block_obj.block_way = RAW_BLOCKED_WAY_FIFO; /*there should be no blocked received task beacuse msg exits*/ raw_pend_object(&p_q-common_block_obj, raw_task_active, wait_option); p_q-common_block_obj.block

14、_way = block_way; RAW_CRITICAL_EXIT(); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 raw_sched(); error_status = block_state_post_process(raw_task_active, 0); return error_status; /*Queue is not full here, there s

15、hould be no blocked send task*/*If there is no blocked receive task*/if (is_list_empty(block_list_head) p_q-msg_q.current_numbers+; /* Update the nbr of entries in the queue */if (opt_send_method = SEND_TO_END) *p_q-msg_q.write+ = p_void; if (p_q-msg_q.write = p_q-msg_q.queue_end) p_q-msg_q.write =

16、p_q-msg_q.queue_start; else if (p_q-msg_q.read = p_q-msg_q.queue_start) p_q-msg_q.read = p_q-msg_q.queue_end; p_q-msg_q.read-; *p_q-msg_q.read = p_void; /* Insert message into queue */ RAW_CRITICAL_EXIT(); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - -

17、 - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们return RAW_SUCCESS; /*wake all the task blocked on this queue*/if (opt_wake_all) while (!is_list_empty(block_list_head) wake_send_msg(list_entry(block_list_head-next, RAW_TASK_OBJ, task_list), p_void); p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers = 0; /*wake hignhest

18、priority task blocked on this queue and send msg to it*/else wake_send_msg(list_entry(block_list_head-next, RAW_TASK_OBJ, task_list), p_void); p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers-; RAW_CRITICAL_EXIT(); raw_sched(); return RAW_SUCCESS; 这里消息发送函数稍显冗长，这主要是因为消息发送的情况比较复杂，方方面面考虑的情况比较多。 但是整个函数处理的逻辑还是比较清晰

19、的，只要有耐心， 慢慢读下去还是没有什么问题。这里不妨和大家一起看一下消息发送函数是怎么实现的，（1）检验参数合法性，注意在中断下调用这个函数时，必须是 RAW_NO_WAIT的选项，中断毕竟是不好调度的；（2） 处理消息已满的情况，a）如果线程不想等待，函数返回；b）如果禁止调度，函数返回；c）消息存储到线程的msg 里面，线程把自己pend 到等待队列中；d）调用系统调度函数，等待再次被调度的机会，函数返回。（3）当前消息未满，但是当前没有等待队列，那么根据要求把消息压入循环队列，函数返回；（4）当前消息未满，且存在等待队列，说明此时已经没有消息可读，a）如果需要唤醒所有的等待线程，那么唤

20、醒所有的线程，等待线程总数置为 0；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们b）如果只是唤起某一个线程，那么唤醒第一个等待线程，等待线程总数自减；（5）调用系统调度函数，防止有高优先级的线程加入调度队列；（6）线程再次得到运行的机会，函数返回。看到上面的代码，我们发现只要梳理好了代码的逻辑，其实消息发送函数也是比较好理解的。当然，有消息的发送，就必然会存在消息的接受了。此时

21、肯定也会出现没有消息、有消息两种情况了。RAW_U16 raw_queue_receive (RAW_QUEUE *p_q, RAW_U32 wait_option, RAW_VOID *msg) RAW_VOID *pmsg; RAW_U16 result; LIST *block_list_head; RAW_TASK_OBJ *blocked_send_task; RAW_SR_ALLOC(); #if (RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)if (raw_int_nesting) return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR; if (p_q = 0) r

22、eturn RAW_NULL_OBJECT; if (msg = 0) return RAW_NULL_POINTER; #endif block_list_head = &p_q-common_block_obj.block_list; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 RAW_CRITICAL_ENTER(); /*if queue has msgs, just

23、 receive it*/if (p_q-msg_q.current_numbers) pmsg = *p_q-msg_q.read+; if (p_q-msg_q.read = p_q-msg_q.queue_end) p_q-msg_q.read = p_q-msg_q.queue_start; *msg = pmsg; /*if there are blocked_send_tasks, just reload the task msg to end*/if (p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers) blocked_send_task = list_en

24、try(block_list_head-next, RAW_TASK_OBJ, task_list); p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers-; *p_q-msg_q.write+ = blocked_send_task-msg; if (p_q-msg_q.write = p_q-msg_q.queue_end) p_q-msg_q.write = p_q-msg_q.queue_start; raw_wake_object(blocked_send_task); RAW_CRITICAL_EXIT(); raw_sched(); return RAW_SU

25、CCESS; p_q-msg_q.current_numbers-; RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_SUCCESS; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 if(wait_option = RAW_NO_WAIT) /* Caller wants to block if not available? */ *msg = (RAW_VOI

26、D *)0; RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_NO_PEND_WAIT; if (raw_sched_lock) RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_SCHED_DISABLE; raw_pend_object(&p_q-common_block_obj, raw_task_active, wait_option); p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers+; RAW_CRITICAL_EXIT(); raw_sched(); RAW_CRITICAL_ENTER(); *msg = (RAW_V

27、OID *)0; result = block_state_post_process(raw_task_active, msg); RAW_CRITICAL_EXIT(); return result; 和发送消息函数相比，接受消息的操作还是要少一些，不要紧， 大家一起来看一下实现逻辑，（1）判断参数合法性；（2）如果当前存在消息，a）读取循环队列中的消息；b）判断当前是否存在等待线程，因为之前有可能存在没有压入队列的消息，那么此时压入消息，唤醒该线程即可，调用系统调度函数返回；c）没有等待线程，消息总数自减，函数返回。（3）当前没有消息，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

28、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们a）线程不愿等待，函数返回；b）系统禁止调度，函数返回；c）线程将自己pend 到等待队列中；d）调用系统调度函数，切换到其他线程继续运行；e）线程再次获得运行的机会，从thread 结构中获取返回结果，函数返回。和发送消息、接受消息比较起来，清除消息和删除消息的处理就比较简单了。为了说明问题，我们不妨放在一起讨论一下，RAW_U16 raw_queue_flush(RAW_QUEUE

29、*p_q) LIST *block_list_head; RAW_SR_ALLOC(); RAW_TASK_OBJ *block_task; #if (RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)if (p_q = 0) return RAW_NULL_OBJECT; #endif block_list_head = &p_q-common_block_obj.block_list; RAW_CRITICAL_ENTER(); /*if queue is full and task is blocked on this queue, then wake all the task*/i

30、f (p_q-msg_q.current_numbers = p_q-msg_q.size) while (!is_list_empty(block_list_head) block_task = list_entry(block_list_head-next, RAW_TASK_OBJ, task_list); raw_wake_object(block_task); block_task-block_status = RAW_B_ABORT; p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers = 0; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

31、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 RAW_CRITICAL_EXIT(); raw_sched(); return RAW_SUCCESS; #endif #if (CONFIG_RAW_QUEUE_DELETE 0) RAW_U16 raw_queue_delete(RAW_QUEUE *p_q) LIST *block_list_head; RAW_SR_ALLOC(); #if (RAW_QUEUE_FUNCTION_CH

32、ECK 0)if (p_q = 0) return RAW_NULL_OBJECT; #endif block_list_head = &p_q-common_block_obj.block_list; RAW_CRITICAL_ENTER(); /*All task blocked on this queue is waken up*/while (!is_list_empty(block_list_head) delete_pend_obj(list_entry(block_list_head-next, RAW_TASK_OBJ, task_list); RAW_CRITICAL_EXI

33、T(); raw_sched(); return RAW_SUCCESS; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 软件英才网软件行业驰名招聘网站有需要请联系我们 #endif从代码据结构上也看得出来，两个函数的处理逻辑十分相像，所以可以放在一起研究一下，（1）判断参数合法性；（2）唤醒等待线程，这里消息清除函数唤醒的是发送线程，而消息删除函数唤醒的所有线程；（3）调用系统调度函数，切换到其他线程继续运行；（4）当前线程再次获得运行的机会，函数返回，一切ok 搞定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -