RT-Thread快速入门-线程管理(下)

上 一 篇 主 要 介 绍 了 RT-Thread 线 程 管 理 相 关 的 理 论 知 识 ： RT-Thread 快 速 入 门 -线 程 管 理 这 篇 重 点 介 绍 RT-thread 提 供 的 线 程 管 理 相 关 的 接 口 函 数 ， 以 及 实 战 演 示 。 线 程 创 建 在 RT-Thread 中 ， 创 建 一 个 线 程 的 方 式 有 两 种 ：  动 态 创 建 方 式 ，线 程 的 栈 和 线 程 控 制 块 由 系 统 从 动 态 内 存 堆 上 分 配 。   静 态 创 建 方 式 ， 线 程 的 栈 和 线 程 控 制 块 由 用 户 定 义 分 配 。  1. 动 态 创 建 线 程 动 态 创 建 线 程 ，用 户 不 需 要 考 虑 线 程 栈 和 线 程 控 制 块 空 间 分 配 的 问 题 ，全 部 由 系 统 自 动 完 成 分 配 。用 户 只 需 要 关 心 其 他 关 键 的 线 程 属 性 即 可 。 RT-Thread 动 态 创 建 一 个 线 程 的 接 口 函 数 为 rt_thread_c reate()， 其 函 数 原 型 为 ： 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) 该 函 数 的 详 细 参 数 在 上 一 篇 文 章 中 做 过 详 细 的 解 释 ，在 此 不 再 赘 述 。 其 中 关 键 的 几 个 参 数 分 别 是 ：  线 程 入 口 函 数 指 针 entr y，需 要 用 户 定 义 一 个 函 数 ，创 建 线 程 的 时 候 ， 将 函 数 名 放 在 这 个 参 数 位 置 。   线 程 栈 大 小 stack_s i ze， 单 位 是 字 节 。 根 据 实 际 情 况 设 置 这 个 参 数 ， 后 边 会 分 析 如 何 确 定 这 个 值 。   线 程 优 先 级 priority，根 据 线 程 需 要 完 成 任 务 的 重 要 性 来 决 定 优 先 级 值 ， 值 越 小 ， 优 先 级 越 高 。   时 间 片 tick， 单 位 为 系 统 时 钟 节 拍 ， 如 果 有 相 同 优 先 级 的 线 程 ， 才 会 用 到 此 参 数 。  动 态 创 建 线 程 举 例 ： /* 线程入口函数 */ void thread_entry(void *parameter) { ... } /* 定义线程控制块指针 */ rt_thread_t tid = RT_NULL; /* 创建线程 */ tid = rt_thread_create("thread_test", thread_entry, RT_NULL, 512, 10, 5); 首 先 定 义 一 个 线 程 控 制 块 指 针 （ 线 程 句 柄 ） ， 然 后 调 用 rt_thread_c reate() 函 数 创 建 线 程 。 此 线 程 的 名 字 为 “thread_test”；线 程 入 口 函 数 thread_entr y；入 口 函 数 的 参 数 为 RT_NULL， 无 入 口 参 数 ； 线 程 栈 的 大 小 为 512 字 节 ； 线 程 优 先 级 为 10； 线 程 时 间 片 为 5。 2. 静 态 创 建 线 程 静 态 方 式 创 建 线 程 ，需 要 用 户 考 虑 的 东 西 多 一 点 ：线 程 控 制 块 定 义 、 线 程 栈 空 间 申 请 、 线 程 栈 起 始 地 址 等 。 静 态 创 建 线 程 分 两 步 ：  用 户 定 义 线 程 控 制 块 结 构 变 量 ， 申 请 线 程 栈 内 存 空 间 。   初 始 化 线 程 控 制 块 ， 即 初 始 化 线 程 。  线 程 控 制 块（ 线 程 句 柄 ）定 义 可 以 通 过 如 下 方 式 完 成 ，即 定 义 struc t rt_thread 结 构 变 量 ： struct rt_thread thread_static; 线 程 栈 可 以 通 过 定 义 数 组 方 式 的 来 分 配 ，或 者 通 过 动 态 内 存 分 配 的 方 式 来 完 成 ： /* 数组方式确定线程栈，应该定义成全局数组 */ char thread_stack[1024]; /* 动态内存申请方式，确定线程栈 */ char *thread_stack = (char *)rt_malloc(1024); 其 中 rt_mal loc () 函 数 会 在 后 面 内 存 管 理 文 章 做 详 细 讲 解 。 线 程 控 制 块 和 线 程 栈 定 义 完 成 后 ，需 要 对 其 进 行 初 始 化 。RT-Thread 提 供 了 线 程 初 始 化 函 数 接 口 rt_thread_init()， 其 函 数 原 型 定 义 为 ： rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread *thread, const char *name, void (*entry)(void *parameter), void *parameter, void *stack_start, rt_uint32_t stack_size, rt_uint8_t priority, rt_uint32_t tick) 该 函 数 的 各 个 参 数 解 释 如 下 ： 参 数 描 述 thread 线 程 句 柄 ， 由 用 户 提 供 ， 指 向 线 程 控 制 块 内 存 地 址 参 数 描 述 name 线 程 名 称 entry 线 程 入 口 函 数 parameter 线 程 入 口 函 数 的 参 数 stack_start 线 程 栈 起 始 地 址 stack_size 线 程 栈 大 小 ， 单 位 是 字 节 。 priority 线 程 的 优 先 级 。 tick 线 程 的 时 间 片 大 小 。 函 数 执 行 成 功 ， 返 回 RT_EOK； 执 行 失 败 ， 则 返 回 -RT_EOK。 要 注 意 ，用 户 提 供 的 栈 首 地 址 需 要 做 系 统 对 齐 ，例 如 ARM 架 构 的 CPU 上 需 要 做 4 字 节 对 齐 。 静 态 创 建 线 程 举 例 ： /* 线程栈起始地址做内存对齐 */ ALIGN(RT_ALIGN_SIZE) char thread_stack[1024]; /* 定义线程控制块 */ struct rt_thread thread; /* 线程入口函数 */ void thread_entry(void *parameter) { ... } /* 初始化线程控制块 */ rt_thread_init(&thread, "thread_test", thread_entry, RT_NULL, &thread_stack[0], sizeof(thread_stack), 10, 5); 首 先 定 义 线 程 栈 以 及 线 程 控 制 块 ， 然 后 对 线 程 控 制 块 初 始 化 。 线 程 句 柄 为 线 程 控 制 块 thread 的 地 址 &thread ； 线 程 名 称 为 "thread_tes t"； 线 程 入 口 函 数 为 thread_entr y； 入 口 函 数 的 参 数 为 RT_NULL；线 程 栈 起 始 地 址 为 定 义 的 数 组 的 起 始 地 址 ；线 程 栈 大 小 为 数 组 的 字 节 数 ； 优 先 级 为 10； 时 间 片 为 5。 线 程 关 键 参 数 确 定 创 建 一 个 线 程 有 几 个 关 键 的 参 数 需 要 用 户 确 定 ：  线 程 栈 大 小   线 程 优 先 级   线 程 时 间 片  对 于 初 学 者 来 说 ，这 几 个 参 数 的 确 定 不 好 把 握 ，或 者 说 ，不 知 道 设 置 多 大 合 适 。 其 实 这 些 参 数 的 确 定 ，没 有 统 一 的 标 准 ，需 要 根 据 实 际 的 应 用 ，具 体 分 析 来 做 决 定 。 1. 线 程 栈 大 小 的 确 定 在 基 于 RTOS 的 程 序 设 计 中 ， 每 个 线 程 （ 任 务 ） 都 需 要 自 己 的 栈 空 间 ，每 个 线 程 需 要 的 栈 ，根 据 应 用 的 不 同 ，栈 大 小 也 会 随 之 不 同 。 需 要 用 到 栈 空 间 的 内 容 如 下 ：  函 数 调 用 需 要 用 到 栈 空 间 的 项 目 为 ：函 数 局 部 变 量 、函 数 形 参 、函 数 返 回 地 址 、 函 数 内 部 状 态 。   线 程 切 换 的 上 下 文 。 线 程 切 换 需 要 用 到 的 寄 存 器 需 要 入 栈 。   任 务 执 行 过 程 ， 发 生 中 断 。 寄 存 器 需 要 入 栈 。  实 际 应 用 中 将 这 些 加 起 来 ，可 以 粗 略 得 到 栈 的 最 小 需 求 ，但 是 计 算 很 麻 烦 。在 实 际 分 配 栈 大 小 的 时 候 ，可 以 粗 略 计 算 一 个 值 后 ，取 其 二 倍 ， 比 较 保 险 。 2. 线 程 优 先 级 分 配 在 RT-Thread 中 ，线 程 优 先 级 数 值 越 小 ，其 优 先 级 越 高 。空 闲 任 务 的 优 先 级 最 低 。 线 程 优 先 级 的 分 配 ，没 有 具 体 的 标 准 。一 般 是 根 据 具 体 的 应 用 情 况 来 配 置 。 为 了 能 够 使 得 某 项 事 件 得 到 及 时 处 理 ，可 以 将 处 理 此 事 件 的 线 程 设 置 为 较 高 优 先 级 。比 如 ，按 键 检 测 、触 摸 检 测 、串 口 数 据 处 理 等 等 。 而 对 于 那 些 实 时 处 理 不 是 很 高 的 线 程 ，则 可 以 配 置 较 低 优 先 级 。比 如 ， LED 闪 烁 、 界 面 显 示 等 等 。 3. 线 程 时 间 片 分 配 具 有 相 同 优 先 级 的 线 程 调 度 ，线 程 时 间 片 分 配 的 长 ，则 该 线 程 执 行 时 间 长 。 可 以 根 据 实 际 应 用 情 况 ，如 果 某 个 线 程 完 成 某 项 事 务 ，耗 时 比 较 长 ， 可 以 给 其 分 配 较 大 的 时 间 片 。耗 时 较 短 的 线 程 ，分 配 较 小 的 时 间 片 。 如 果 应 用 程 序 中 ， 没 有 相 同 优 先 级 的 线 程 ， 则 此 参 数 不 起 作 用 。 线 程 睡 眠 在 RTOS 中 ， 如 果 需 要 延 时 等 待 一 会 儿 ， 千 万 不 能 用 普 通 的 延 时 等 待 （ CPU 空 转 ） ， 应 该 调 用 RTOS 提 供 的 延 时 等 待 函 数 。 如 果 用 普 通 的 延 时 ，那 么 RTOS 失 去 了 实 时 性 ，浪 费 了 CPU 资 源 。 RT-Thread 提 供 了 系 统 函 数 ， 用 于 让 当 前 线 程 延 迟 一 段 时 间 ， 在 指 定 的 时 间 结 束 后 ，重 新 运 行 线 程 。线 程 睡 眠 可 以 使 用 以 下 三 个 函 数 ： rt_err_t rt_thread_sleep(rt_tick_t tick); /* 睡眠时间，单位为 时钟节拍 */ rt_err_t rt_thread_delay(rt_tick_t tick); /* 延时，单位为 时钟节拍 */ rt_err_t rt_thread_mdelay(rt_int32_t ms); /* 单位为 毫秒 */ 这 三 个 函 数 的 作 用 相 同 ，调 用 它 们 可 以 使 得 当 前 线 程 进 入 挂 起 状 态 ， 并 持 续 一 段 指 定 的 时 间 。这 个 时 间 到 达 后 ，线 程 会 被 唤 醒 并 再 次 进 入 就 绪 状 态 。 rt_thread_s leep/delay () 的 参 数 tic k，单 位 为 1 个 系 统 时 钟 节 拍（ OS tick） 。 rt_thread_mdelay () 的 参 数 ms， 单 位 为 1ms。 函 数 的 返 回 值 为 RT_EOK。 使 得 线 程 进 入 休 眠 ， 即 调 用 这 三 个 函 数 中 的 一 个 ， 也 是 让 出 CPU 权 限 的 一 种 方 式 ， 可 以 让 低 优 先 级 的 线 程 能 够 得 到 执 行 。 如 果 高 优 先 级 的 线 程 没 有 让 出 CPU 的 操 作 ，那 么 低 优 先 级 的 线 程 永 远 得 不 到 CPU 执 行 权 限 ， 从 而 引 发 问 题 出 现 。 因 此 ，高 优 先 级 线 程 ，要 么 等 待 某 项 系 统 资 源 不 可 用 而 进 入 挂 起 状 态 ，要 么 调 用 这 三 个 睡 眠 函 数 进 入 挂 起 状 态 ，从 而 给 低 优 先 级 线 程 执 行 的 机 会 。 线 程 创 建 示 例 此 处 用 于 演 示 如 何 使 用 上 面 介 绍 的 线 程 创 建 函 数 ： #include #define THREAD_PRIORITY 25 #define THREAD_STACK_SIZE 512 #define THREAD_TIMESLICE 5 static rt_thread_t tid1 = RT_NULL; /* 线程 1 的入口函数 */ static void thread1_entry(void *parameter) { rt_uint32_t count = 0; while (1) { /* 线程 1 采用低优先级运行，一直打印计数值 */ rt_kprintf("thread1 count: %d\n", count ++); /* 延时 500ms */ rt_thread_mdelay(500); } } ALIGN(RT_ALIGN_SIZE) static char thread2_stack[1024]; static struct rt_thread thread2; /* 线程 2 入口 */ static void thread2_entry(void *param) { rt_uint32_t count = 0; /* 线程 2 拥有较高的优先级，以抢占线程 1 而获得执行 */ for (count = 0; count < 10 ; count++) { /* 线程 2 打印计数值 */ rt_kprintf("thread2 count: %d\n", count); } rt_kprintf("thread2 exit\n"); /* 线程 2 运行结束后也将自动被系统脱离 */ } int main() { /* 创建线程 1，名称是 thread1，入口是 thread1_entry */ tid1 = rt_thread_create("thread1", thread1_entry, RT_NULL, THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE); /* 如果获得线程控制块，启动这个线程 */ if (tid1 != RT_NULL) { rt_thread_startup(tid1); } /* 初始化线程 2，名称是 thread2，入口是 thread2_entry */ rt_thread_init(&thread2, "thread2", thread2_entry, RT_NULL, &thread2_stack[0], sizeof(thread2_stack), THREAD_PRIORITY - 1, THREAD_TIMESLICE); rt_thread_startup(&thread2); } 这 个 例 子 用 两 种 方 式 创 建 线 程 ：静 态 方 式 和 动 态 方 式 。一 个 线 程 在 运 行 完 毕 后 自 动 被 系 统 删 除 ， 另 一 个 线 程 一 直 打 印 计 数 。 编 译 运 行 ， 结 果 如 下 所 示

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