RT-Thread 的空闲线程和阻塞延时

2024-02-07 22:37:53

RTOS中的延时叫阻塞延时，即线程需要延时的时候，线程会放弃CPU的使用权，CPU可以去干其他事情，当线程延时时间到，重新获取CPU使用权，线程继续运行，这样就充分利用了CPU的使用权，而不是刚等着。

　　当线程需要延时，CPU进入阻塞状态，那CPU又去干什么事情了？如果没有其它线程可以运行，RTOS都会为CPU创建一个空闲线程，这个时候CPU就运行空闲线程。在RT-Thread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。空闲线程主体主要做一些系统内存的清理工作。在实际应用中，当系统进入空闲线程的时候，可在空闲线程中让单片机进入休眠或者低功耗等操作。

1、实现空闲线程

1.1定义空闲线程的栈

　　空闲线程的栈在idle.c文件中定义，

#include <rtthread.h>
#include <rthw.h>
#define IDLE_THREAD_STACK_SIZE 512
ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static rt_uint8_t rt_thread_stack[IDLE_THREAD_STACK_SIZE];

空闲线程的栈是一个定义好的数组，大小由IDLE_THREAD_STACK_SIZE 这个宏控制，默认为512，即128个字。

1.2空闲线程的线程控制块

/* 空闲线程的线程控制块 */
 struct rt_thread idle;

2、实现阻塞延时

阻塞延时的阻塞是指线程调用该延时函数后，线程会被剥离CPU使用权，然后进入阻塞状态，直到延时结束，线程重新获取CPU使用权才可以继续运行，在线程阻塞这段时间，CPU可以去执行其他的线程，如果其他的线程也在延时状态，那么CPU就将运行空闲线程。阻塞延时函数在thread.c中定义。

void rt_thread_delay(rt_tick_t tick)
{ 
 struct rt_thread *thread; 

 /* 获取当前线程的线程控制块 */
 thread = rt_current_thread; (1) 

 /* 设置延时时间 */
 thread->remaining_tick = tick; (2)

 /* 进行系统调度 */
 rt_schedule(); (3)
 }

（1）获取当前线程的线程控制块。rt_current_thread 是一个在scheduler.c中定义的全局变量，用于指向当前正在运行的线程的线程控制块。

（2）remaining_tick 是线程控制块的一个成员，用于记录线程需要延时的时间，单位为SysTick 的中断周期。

3、SysTick_Handler中断服务函数

在系统调度函数rt_schedule()中，会判断每个线程的线程控制块中的延时成员remaining_tick的值是否为0，如果为0，就要将对应的线程就绪，如果不为0，就继续延时。如果一个线程要延时，一开始remaining_tick 肯定不为0，当remaining_tick为0就延时结束，那么remaining_tick是以什么周期在递减？在哪里递减？在RT-Thread中，这个周期由SysTick中断提供，操作系统里面最小的时间单位就是SysTick的中断周期，我们称之为一个tick,SysTick中断服务函数

/* 关中断 */
rt_hw_interrupt_disable(); (1) 

/* SysTick 中断频率设置 */
SysTick_Config( SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND ); (2) 

void SysTick_Handler(void) (3)
{ 
    /* 进入中断 */
     rt_interrupt_enter(); (3)-1
    /* 时基更新 */
     rt_tick_increase(); (3)-2
     /* 离开中断 */
     rt_interrupt_leave(); (3)-3
 }

（1）关中断。在程序开始的时候把中断关掉是一个好习惯，等系统初始化完毕，线程创建完毕，启动系统调度的时候会重新打开中断。

（2）初始化SysTick，调用固件库函数SysTick_Config来实现，配置中断周期为10ms，中断优先级为最低（无论中断优先级分组怎么分都是最低，因为这里把表示SysTick中断优先级的四个位全部配置为1，即15，在Cortex-M内核中，优先级越低，逻辑优先级最低），RT_TICK_PER_SECOND是一个在rtconfig.h中定义的宏，目前等于100。　

（3）更新系统时基，该函数在clock.c中实现。

进入和离开中断，这两个函数在irq.c 中实现。

SysTick 初始化函数（在core_cm3.h 中定义）

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
 {
　　/* 非法的重装载寄存器值 */
 if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
　　{ 
 　　　　return (1UL);

 　　} 
　/* 设置重装载寄存器的值 */
 SysTick->LOAD = (uint32_t)(ticks - 1UL);
 /* 设置 SysTick 的中断优先级 */
 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);
 /* 加载 SysTick 计数器值 */
 SysTick->VAL = 0UL;
 /* 设置系统定时器的时钟源为 AHBCLK
 使能 SysTick 定时器中断
 使能 SysTick 定时器 */
 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
 SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
 return (0UL);
 }

3.1系统时基更新函数

#include <rtthread.h>
#include <rthw.h>

static rt_tick_t rt_tick = 0; /* 系统时基计数器 */ (1) 
extern rt_list_t rt_thread_priority_table[RT_THREAD_PRIORITY_MAX];


void rt_tick_increase(void) 
{
    rt_ubase_t i;
    struct rt_thread *thread;
    rt_tick ++; (2)

     /* 扫描就绪列表中所有线程的 remaining_tick，如果不为 0，则减 1 */
     for(i=0; i<RT_THREAD_PRIORITY_MAX; i++) (3)
     {
     　　thread = rt_list_entry( rt_thread_priority_table[i].next,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 struct rt_thread,
                                 tlist);
     if(thread->remaining_tick > 0)
     　　{
     　　thread->remaining_tick --;
     　　}
     }

     /* 系统调度 */
     rt_schedule(); (4)
}

（1）系统时基计数器，是一个全局变量，用来记录产生了多少次SysTick 中断。

（2）系统时基计数器加1操作

（3）扫描就绪列表中的remaining_tick,如果不为0，则减 1。

（4）进行系统调度

进入和离开中断函数

#include <rtthread.h>
#include <rthw.h>
 /* 中断计数器 */
volatile rt_uint8_t rt_interrupt_nest; (1)  

/**
* 当 BSP 文件的中断服务函数进入时会调用该函数
*
* @note 请不要在应用程序中调用该函数
*
* @see rt_interrupt_leave
*/
void rt_interrupt_enter(void) (2)
{
　　rt_base_t level;

　　/* 关中断 */
　　level = rt_hw_interrupt_disable();

　　/* 中断计数器 ++ */
　　rt_interrupt_nest ++;

　　/* 开中断 */
　　rt_hw_interrupt_enable(level);
}


/**
* 当 BSP 文件的中断服务函数离开时会调用该函数
*
* @note 请不要在应用程序中调用该函数
*
* @see rt_interrupt_enter
*/
void rt_interrupt_leave(void) (3)
{
　　rt_base_t level;

　　/* 关中断 */
 　　level = rt_hw_interrupt_disable();

　　/* 中断计数器-- */
　　rt_interrupt_nest --;

　　/* 开中断 */
　　rt_hw_interrupt_enable(level);
}

（1）中断计数器，是一个全局变量，用来记录中断嵌套次数。

（2）进入中断函数，中断计数器rt_interrupt_nest 加1 操作。当BSP文件的中断服务函数进入时会调用该函数，应用程序不能调用，切记。

（3）离开中断函数，中断计数器rt_interrupt_nest 减1操作。当BSP文件的中断服务函数进入时会调用该函数，应用程序不能调用，切记。

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