嵌入式操作系统内核原理和开发(消息队列).pdf

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1、本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 嵌入式操作系统内核原理和开发（消息队列）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

2、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，cpp view plaincopy 1.typedef struct RAW_MSG_Q 2.3.RAW_VOID *queue_start;/*Pointer to start of queue data */4.RAW_VOID *queue_end;/*Pointer to end of queue data */5.RAW_VOID *write;/*Pointer to wher

3、e next message will be inserted in the Q */6.RAW_VOID *read;/*Pointer to where next message will be extracted from the Q */7.RAW_U32 size;/*Size of queue(maximum number of entries)*/8.RAW_U32 current_numbers;/*Current number of entries in the queue */9.RAW_U16 blocked_send_task_numbers;/*number of b

4、locked send task numbers */10.RAW_U16 blocked_receive_task_numbers;/*number of blocked send task numbers */11.12.RAW_MSG_Q;13.14.typedef struct RAW_QUEUE 15.16.RAW_COMMON_BLOCK_OBJECT common_block_obj;17.RAW_MSG_Q msg_q;18.19.RAW_QUEUE;本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 上面的代码中有两段数据结构，第一段主要表示循环队列的

5、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，我们还是看看消息队列是怎么初始化的，cpp view plainc

6、opy 1.RAW_U16 raw_queue_create(RAW_QUEUE *p_q,RAW_U8 *p_name,RAW_VOID*msg_start,RAW_U32 number)2.3.4.#if(RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)5.6.if(p_q=0)7.8.return RAW_NULL_OBJECT;9.10.11.if(msg_start=0)12.13.return RAW_NULL_POINTER;14.15.16.if(number=0)17.18.return RAW_ZERO_NUMBER;19.20.21.#endif 22.23.lis

7、t_init(&p_q-common_block_obj.block_list);24.25.p_q-common_block_obj.name=p_name;26.p_q-common_block_obj.block_way=0;27.p_q-msg_q.queue_start =msg_start;/*Initialize the queue */28.p_q-msg_q.queue_end =&msg_startnumber;29.p_q-msg_q.write =msg_start;30.p_q-msg_q.read =msg_start;本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由

8、吉林白癜风医院 http:/ 31.p_q-msg_q.size =number;32.p_q-msg_q.current_numbers =0;33.p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers=0;34.p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers=0;35.return RAW_SUCCESS;36.37.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，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

9、数是怎么样的，cpp view plaincopy 1.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)2.3.RAW_U16 error_status;4.LIST*block_list_head;5.RAW_U8 block_way;6.7.RAW_SR_ALLOC();8.9.#if(RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)10.11.if(raw_int_nesting)

10、12.13.if(wait_option!=RAW_NO_WAIT)14.15.return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;16.17.18.19.if(p_q=0)20.21.return RAW_NULL_OBJECT;22.23.24.if(p_void=0)25.26.return RAW_NULL_POINTER;27.28.29.#endif 本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 30.31.block_list_head=&p_q-common_block_obj.block_list;32.33.RAW_CRITICAL_EN

11、TER();34.35./*queue is full condition,there should be no received task blocked on queue object!*/36.if(p_q-msg_q.current_numbers=p_q-msg_q.size)37.38.if(wait_option =RAW_NO_WAIT)39.RAW_CRITICAL_EXIT();40.return RAW_MSG_MAX;41.42.43.else 44.45./*system is locked so task can not be blocked just return

12、 immediately*/46.if(raw_sched_lock)47.RAW_CRITICAL_EXIT();48.return RAW_SCHED_DISABLE;49.50./*queue is full and SEND_TO_FRONT method is not allowd*/51.if(opt_send_method=SEND_TO_FRONT)52.53.RAW_CRITICAL_EXIT();54.return RAW_QUEUE_FULL_OPT_ERROR;55.56.57.p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers+;58.raw_ta

13、sk_active-msg=p_void;59.block_way=p_q-common_block_obj.block_way;60.p_q-common_block_obj.block_way=RAW_BLOCKED_WAY_FIFO;61./*there should be no blocked received task beacuse msg exits*/62.raw_pend_object(&p_q-common_block_obj,raw_task_active,wait_option);63.p_q-common_block_obj.block_way=block_way;6

14、4.65.RAW_CRITICAL_EXIT();66.67.raw_sched();68.69.error_status=block_state_post_process(raw_task_active,0);70.本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 71.return error_status;72.73.74.75.76.77./*Queue is not full here,there should be no blocked send task*/78./*If there is no blocked receive task*/79.if(i

15、s_list_empty(block_list_head)80.81.p_q-msg_q.current_numbers+;/*Update the nbr of entries in the queue */82.83.if(opt_send_method=SEND_TO_END)84.85.*p_q-msg_q.write+=p_void;86.87.if(p_q-msg_q.write=p_q-msg_q.queue_end)88.89.p_q-msg_q.write=p_q-msg_q.queue_start;90.91.92.93.94.95.else 96.97.if(p_q-ms

16、g_q.read=p_q-msg_q.queue_start)98.p_q-msg_q.read=p_q-msg_q.queue_end;99.100.101.p_q-msg_q.read-;102.*p_q-msg_q.read=p_void;/*Insert message into queue */103.104.105.106.RAW_CRITICAL_EXIT();107.108.return RAW_SUCCESS;109.110.111./*wake all the task blocked on this queue*/112.if(opt_wake_all)本文由长春白癜风专

17、科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 113.114.while(!is_list_empty(block_list_head)115.wake_send_msg(list_entry(block_list_head-next,RAW_TASK_OBJ,task_list),p_void);116.117.118.p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers=0;119.120.121./*wake hignhest priority task blocked on this queue and send msg to it*/122.els

18、e 123.124.wake_send_msg(list_entry(block_list_head-next,RAW_TASK_OBJ,task_list),p_void);125.p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers-;126.127.128.RAW_CRITICAL_EXIT();129.130.raw_sched();131.return RAW_SUCCESS;132.133.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的，只要有耐心，慢慢读下去还是没有什么问题。这里

19、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，那么唤醒所有的线程，等待线程总数置为 0；b）如果只

20、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本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 解的。当然，有消息的发送，就必然会存在消息的接受了。此时肯定也会出现没有消息、有消息两种情况了。cpp view plaincopy 1.RAW_U16 raw_queue_receive(RAW_QUEUE*p_q,RAW_U32 wait_option,RAW_VOID *msg)2.

21、3.4.RAW_VOID*pmsg;5.RAW_U16 result;6.LIST*block_list_head;7.RAW_TASK_OBJ*blocked_send_task;8.9.RAW_SR_ALLOC();10.11.#if(RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)12.13.if(raw_int_nesting)14.15.return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;16.17.18.19.if(p_q=0)20.21.return RAW_NULL_OBJECT;22.23.24.if(msg=0)25.26.return RAW_NULL_POI

22、NTER;27.28.29.#endif 30.31.block_list_head=&p_q-common_block_obj.block_list;32.33.RAW_CRITICAL_ENTER();34.35.36./*if queue has msgs,just receive it*/37.if(p_q-msg_q.current_numbers)38.39.pmsg=*p_q-msg_q.read+;本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 40.41.if(p_q-msg_q.read=p_q-msg_q.queue_end)42.p_q-ms

23、g_q.read=p_q-msg_q.queue_start;43.44.45.*msg=pmsg;46.47./*if there are blocked_send_tasks,just reload the task msg to end*/48.if(p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers)49.50.blocked_send_task=list_entry(block_list_head-next,RAW_TASK_OBJ,task_list);51.52.p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers-;53.54.*p_q-m

24、sg_q.write+=blocked_send_task-msg;55.56.if(p_q-msg_q.write=p_q-msg_q.queue_end)57.58.p_q-msg_q.write=p_q-msg_q.queue_start;59.60.61.62.raw_wake_object(blocked_send_task);63.RAW_CRITICAL_EXIT();64.65.raw_sched();66.return RAW_SUCCESS;67.68.69.70.p_q-msg_q.current_numbers-;71.72.RAW_CRITICAL_EXIT();73

25、.74.return RAW_SUCCESS;75.76.77.78.79.if(wait_option=RAW_NO_WAIT)/*Caller wants to block if not available?*/本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 80.*msg=(RAW_VOID*)0;81.RAW_CRITICAL_EXIT();82.return RAW_NO_PEND_WAIT;83.84.85.if(raw_sched_lock)86.RAW_CRITICAL_EXIT();87.return RAW_SCHED_DISABLE;88.89

26、.90.raw_pend_object(&p_q-common_block_obj,raw_task_active,wait_option);91.p_q-msg_q.blocked_receive_task_numbers+;92.93.RAW_CRITICAL_EXIT();94.95.raw_sched();96.97.RAW_CRITICAL_ENTER();98.99.*msg =(RAW_VOID *)0;100.result=block_state_post_process(raw_task_active,msg);101.102.RAW_CRITICAL_EXIT();103.

27、104.return result;105.106.107.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，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

28、回结果，函数返回。本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 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，cpp view plaincopy 1.RAW_U16 raw_queue_flush(RAW_QUEUE *p_q)2.3.LIST*block_list_head;4.5.RAW_SR_ALLOC();6.7.RAW_TASK_OBJ*block_task;8.9.#if(RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)10.11.if(p_q=0)12.13.return RAW_

29、NULL_OBJECT;14.15.16.#endif 17.18.block_list_head=&p_q-common_block_obj.block_list;19.20.RAW_CRITICAL_ENTER();21.22./*if queue is full and task is blocked on this queue,then wake all the task*/23.if(p_q-msg_q.current_numbers=p_q-msg_q.size)24.while(!is_list_empty(block_list_head)25.block_task=list_e

30、ntry(block_list_head-next,RAW_TASK_OBJ,task_list);26.raw_wake_object(block_task);27.block_task-block_status=RAW_B_ABORT;28.29.30.31.p_q-msg_q.blocked_send_task_numbers=0;32.33.34.RAW_CRITICAL_EXIT();35.36.raw_sched();37.38.return RAW_SUCCESS;本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 39.40.#endif 41.42.4

31、3.#if(CONFIG_RAW_QUEUE_DELETE 0)44.RAW_U16 raw_queue_delete(RAW_QUEUE*p_q)45.46.LIST *block_list_head;47.48.RAW_SR_ALLOC();49.50.#if(RAW_QUEUE_FUNCTION_CHECK 0)51.52.if(p_q=0)53.54.return RAW_NULL_OBJECT;55.56.57.#endif 58.59.block_list_head=&p_q-common_block_obj.block_list;60.61.RAW_CRITICAL_ENTER(

32、);62.63./*All task blocked on this queue is waken up*/64.while(!is_list_empty(block_list_head)65.delete_pend_obj(list_entry(block_list_head-next,RAW_TASK_OBJ,task_list);66.67.68.RAW_CRITICAL_EXIT();69.70.raw_sched();71.72.return RAW_SUCCESS;73.74.75.#endif 76.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本文由长春白癜风专科医院 http:/ 本文由吉林白癜风医院 http:/ 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。