RT-Thread内核学习

内核各个文件

文件名	作用
kservice.c	内核库、提供c库的函数
object.c	对象管理
schedule.c	实时调度器
thread.c	线程管理
ipc.c	线程间通信
clock.c、timer.c	时钟管理
mem.c等	内存管理
device.c	设备管理

RT-Thread程序内存分布

code：代码段，存放程序代码
RO-data：只读数据段，存放程序中定义的常量 const；
RW-data：读写程序段，存放初始化为非0的全局变量 static
ZI-data：零数据段，存放未初始化的全局变量及初始化为0的变量

线程管理

功能特点

抢占式线程调度器，从就绪列表中找到优先级最高的线程，保证优先级最高的线程能够被运行，最高优先的线程一旦就绪，总能得到CPU的使用权
一个运行着的线程使一个比它优先级高的线程满足运行条件，就会让出使用权
中断服务程序使一个高优先级的线程满足运行条件，中断完成时，被中断的线程挂起，优先级高的线程开始运行
当线程调度器线程切换时，先将当前线程上下文保存起来，当再切回到这个线程时，线程调度器恢复该线程上下文信息

线程工作机制

线程控制块

使用struct rt_thread表示，线程控制块是操作系统用于管理线程的数据结构；

存放一些线程信息:优先级、线程名称、线程状态等；

还包含线程间连接的链表结构，事件等集合。

线程重要属性

线程栈

进行线程切换时，会将当前线程的上下文保存在栈中，当线程恢复运行时，再从栈中读取上下文信息，进行恢复
线程栈还用于存放函数中的局部变量

线程状态

初始状态
就绪状态
运行状态
挂起状态
关闭状态

线程优先级

表示线程被调度的优先程度。
最大支持256个优先级。在CM系列中，常用32个优先级。
最低优先级的线程默认分配给空闲线程使用。

时间片

每个线程都有时间片，但时间片仅对优先级相同的线程有效。
系统对优先级相同的就绪状态线程采用时间片轮转的方式调度
时间片起着约束线程单次运行时长的作用，单位是OS tick

线程入口函数

线程控制块中entry是线程的入口函数,他是线程实现预期功能的函数。线程入口函数有用户设计实现

无线循环模式

void thread_entry(void * parameter)
{
 	while(1)
    {
        /* 等待时间发生 */
        /* 对事件进行服务、处理 */
    }
}

不能进入死循环模式，必须有让出CPU使用权的操作，如：循环中调用延时或者主动挂起。

顺序执行或有限次循环

static void thread_entry(void*parameter)
		{
	
		}

由系统自动删除

线程错误码

#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      */

线程状态切换

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;
处于运行状态的线程调用 rt_thread_delay()、rt_sem_take()、rt_mutex_take()、rt_mb_rev()等函数或者获取不到资源时，将进入挂起状态 RT_THREAD_SUSPEND
处于挂起状态的线程，如果等待超时或者未能获得资源或由于其他线程释放了资源，那么他将回到就绪状态。调用 rt_thread_delete/detach()函数，将更改为关闭状态 RT_THREAD_CLOSE;
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
注意！ RT-Thread中实际上不存在运行状态，就绪状态和运行状态是等同的。

系统线程

系统线程是指由系统创建的线程，用户线程是有用户程序调用线程管理接口创建的线程，在RT-Thread内核中的系统线程有空闲线程与主线程。

空闲线程

空闲线程是系统创建的优先级最低的一个线程，永远为就绪状态。

当系统中无其他就绪线程时，调度器将调度到空闲线程，它通常是个死循环，且永远不被挂起。

在RTT中有特殊用途：

若某线程执行完毕，系统将自动删除线程：自动执行 rt_thread_exit()函数，先将该线程从系统就绪队列中删除，再将该线程状态改为关闭状态，不再参与系统调度，然后挂入 rt_thread_defunct僵尸队列(资源未回收，处于关闭状态的线程队列)中，最后空闲线程会回收被删除线程的资源。
运行用户设置的钩子函数，在空闲线程运行时会调用该钩子函数，适合钩入功耗管理、看门狗喂狗等工作

主线程

系统启动时，系统会创建main线程，入口函数为 main_thread_entry()，用户的应用入口函数main()从这里真正开始，用户可以在 main（）函数中添加自己的初始化代码

线程管理的方式

创建动态线程 rt_thread_create() 创建静态线程 rt_thread_init()

创建和删除线程

一个线程要成为可执行的对象，就必须由操作系统的内核来为它创建一个线程。

rt_thread_t rt_thread_create(const char*name,
                         void (*entry)(void* parameter),                          
                         void *parameter,
                         rt_uint32_t stack_size,
                         rt_uint8_t priority,
                         rt_uint32_t tick);

系统会从动态堆内存中分配一个线程句柄，以及按照参数中指定的栈大小分配相应的空间

参数	描述
name	线程的名称；线程名称的最大长度由rtconfig.h中的宏RT_NAME_MAX定义，多余部分会自动截掉
entry	线程入口函数
parameter	线程入口函数参数
stack_size	线程栈大小，单位是字节
priority	线程的优先级。优先级范围根据系统配置情况(rtconfig.h中的RT_THREAD_PRIORITY_MAX定义),如果支持的是256级优先级，那么范围是从0~255，数值越小优先级越高，0代表最高优先级
tick	线程时间片大小。时间片的单位是操作系统的时钟节拍。当系统中存在相同优先级的线程时，这个参数指定线程一次调度能够运行的最大时间长度。这个时间片运行结束时，调度器自动选择下一个就绪态的同优先级线程进行运行
返回
thread	线程创建成功，返回线程句柄
RT_NULL	线程创建失败

对于使用rt_thread_create()创建出来的线程，当不需要使用，或者运行出错是，可以使用下面的函数接口来从系统中把线程完全删除掉：

rt_err_t rt_thread_delete(rt_thread_t thread)

调用该函数后，线程对象会被移出线程队列，并且从内核对象中删除，释放掉线程占用的堆栈空间，收回来将用于其他内存分配。

注意：rt_thread_delete()是将thread变为CLOSE状态，放入rt_thread_defunct队列中;真正的删除动作(释放线程和释放线程栈)需要到下一次执行空闲线程时，由空闲线程完成最后的线程删除动作。

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