TencentOS淺學過程記錄

• 前言
• 一、RTOS
• 二、學習資料來源
• 三、初步學習過程中的疑難問題解決
• • 任務調(diào)度以及輪詢時間片
  • 消息隊列與郵箱隊列
  • 互斥鎖
  • 任務中為什么一定要加while(1)循環(huán)
  • 內(nèi)存管理
• 三、實操問題解決
• • 使用TencentOS中的shell(即**CLI命令行**)
  • RTOS新手學習一定要注意**堆棧大小**
  • 使用動態(tài)內(nèi)存時記得要去tos_config.h文件中修改配置
  • 提醒

前言

大三下生產(chǎn)實習作業(yè)，基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)應用，剛好有一個選題是關于RTOS的，之前對于RTOS也有過一些了解，但是一直沒有真正的學習使用過，剛好借這個機會學習一波。（這里主要分享一下我在對于騰訊TencentOS學習使用過程中的一些收獲與問題解決過程）

一、RTOS

實時操作系統(tǒng)的概念這里不再贅述。相較于之前順序執(zhí)行的裸機編程，RTOS多任務執(zhí)行以及阻塞機制使得程序執(zhí)行效率更高，一些沒有必要執(zhí)行的代碼可以利用阻塞機制使它僅在必要的時候執(zhí)行，任務重要性可以按照優(yōu)先級分配，整體看起來就是我們想要哪些代碼執(zhí)行，哪些代碼不執(zhí)行都是可以控制調(diào)節(jié)的，這樣可以使重要的任務一直得到有效執(zhí)行，這樣程序執(zhí)行效率有很大提高。

二、學習資料來源

當前開源的RTOS非常多，剛開始我有了解到RT-Thread,Freertos,TencentOS,uCOS等等，但是對于新手大佬推薦RT-Thread比較多，畢竟是國產(chǎn)開源，相關資料手冊等等都是中文編寫，目前使用也比較廣泛，各處學習網(wǎng)站也有非常多的問題解決博客。當然TencentOS也是中文資料，只不過目前使用沒幾年使用量不是特別大，除過騰訊開源庫中的資料其他可借鑒的博客也比較少。至于為什么選擇TencentOS,作業(yè)時間留的有點短，杰杰大佬說TencentOS源碼實現(xiàn)非常精簡，沒有特別復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在里面，對于新手接觸RTOS，簡單了解體驗RTOS中的一些任務通信機制非常友好好上手（當然C語言基礎得不錯）（不同公司開源的RTOS內(nèi)部任務同步以及通信機制大同小異），作業(yè)時間只有一個月，TencentOS正合我意。
我在學習過程中主要借鑒的學習資料有：

騰訊TencentOS Github開源庫

_杰杰_大佬的TencentOS專欄

TencentOS QQ官方技術交流群:684946161

以上以Github開源庫為主要資料，杰杰大佬的專欄寫于2019年左右，但是目前TencentOS在一些方面更新了很多，總之就是許多代碼不是以前的代碼了，但是大同小異，杰杰大佬專欄中對于郵箱，信號量，互斥鎖，事件等等的講解非常有助于對TencentOS中相關任務機制的理解。由于更新比較多，學習者在學習過程中還是有必要閱讀一下相關源碼的（會C就可以，源碼參考杰杰大佬的專欄會相對比較好理解）。
GitHub中資料比較齊全

其他的在CSDN上也是零零散散能找到多少是多少。

三、初步學習過程中的疑難問題解決

這里主要指在運行github提供的內(nèi)核開發(fā)指南中的例程源碼時，嘗試性的修改代碼產(chǎn)生的一系列問題以及對一些概念的理解。

任務調(diào)度以及輪詢時間片

1.任務調(diào)度：每一次任務調(diào)度即進入knl_sched()的時候，系統(tǒng)會去查找就緒態(tài)任務中優(yōu)先級最高的任務。如果優(yōu)先級最高的任務不止一個（相同優(yōu)先級的任務會按順序掛載在同一個列表中），系統(tǒng)會在同一優(yōu)先級任務列表中選取第一個進行執(zhí)行；

2.輪詢時間片處理：當進入輪訓時間片處理程序時，系統(tǒng)會獲取當前任務以及當前任務的優(yōu)先級，然后判斷該優(yōu)先級列表中是否還有同優(yōu)先級的任務處于就緒態(tài)，如果有就按照輪詢時間片機制，輪詢時間片數(shù)值依次減少。如果沒有同優(yōu)先級任務處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)將不再執(zhí)行輪詢時間片機制。（這也就是說輪詢時間片僅在當任務就緒列表中同一個優(yōu)先級的任務有兩個以上時才會起作用，否則是不會起作用的）；在輪詢時間片起作用的情況下，當一個任務執(zhí)行時間超出輪詢時間片的時間設定后，系統(tǒng)會把相同優(yōu)先級任務列表中第一個任務調(diào)換到最后一個，那么下一次系統(tǒng)調(diào)度即執(zhí)行knl_sched()時取最高優(yōu)先級的第一個任務（原先的任務插到了列表中的最后一個，這個時候已經(jīng)實現(xiàn)了任務被輪詢時間片強行切到了另外一個任務）
代碼注釋簡單如下：

//任務調(diào)度函數(shù) __KNL__ void knl_sched(void) {TOS_CPU_CPSR_ALLOC();if (unlikely(!tos_knl_is_running())) {return;}if (knl_is_inirq()) {return;}if (knl_is_sched_locked()) {return;}TOS_CPU_INT_DISABLE();k_next_task = readyqueue_highest_ready_task_get(); //取就緒態(tài)列表中最高優(yōu)先級列表中的第一個任務if (knl_is_self(k_next_task)) {//如果任務沒有發(fā)生切換(即正在執(zhí)行的任務就是當前就緒態(tài)列表中優(yōu)先級最高的那個任務)，則不用設置上下文轉(zhuǎn)換TOS_CPU_INT_ENABLE();return;}cpu_context_switch();//如果切換到新的任務，那么需要進行上下文轉(zhuǎn)換TOS_CPU_INT_ENABLE(); } void SysTick_Handler(void) {HAL_IncTick();if(tos_knl_is_running()){tos_knl_irq_enter();tos_tick_handler();//時間片操作在這個里面tos_knl_irq_leave();} } __API__ void tos_tick_handler(void) {if (unlikely(!tos_knl_is_running())) {return;}tick_update((k_tick_t)1u); #if TOS_CFG_TIMER_EN > 0u && TOS_CFG_TIMER_AS_PROC > 0u//軟件定時器模塊soft_timer_update(); #endif#if TOS_CFG_ROUND_ROBIN_EN > 0urobin_sched(k_curr_task->prio);//執(zhí)行輪詢時間片 #endif } //時間片執(zhí)行函數(shù) __KNL__ void robin_sched(k_prio_t prio)//傳入當前運行任務的優(yōu)先級 {TOS_CPU_CPSR_ALLOC();k_task_t *task;TOS_CPU_INT_DISABLE();task = readyqueue_first_task_get(prio); //獲取就緒態(tài)任務中該優(yōu)先級列表中的第一個任務if (!task || knl_is_idle(task)) {TOS_CPU_INT_ENABLE();return;}if (readyqueue_is_prio_onlyone(prio)) { //查找就緒態(tài)任務中該優(yōu)先級列表中是否只有這一個任務，如果只有一個，就不需要使用輪詢時間片TOS_CPU_INT_ENABLE();return;}if (knl_is_sched_locked()) {TOS_CPU_INT_ENABLE();return;}if (task->timeslice > (k_timeslice_t)0u) { //如果就緒態(tài)任務中同一優(yōu)先級就緒列表中不止一個任務，那么按照輪詢時間片機制來處理--task->timeslice;//時間片數(shù)值減1}if (task->timeslice > (k_timeslice_t)0u) {TOS_CPU_INT_ENABLE();return;}readyqueue_move_head_to_tail(k_curr_task->prio); //任務執(zhí)行時間超過輪訓時間片設定時間，當前運行的任務會被移動到該優(yōu)先級列表中的尾部，使得其他任務移到前面，下次再進行任務調(diào)度時便實現(xiàn)了任務切換（即時間片起作用）task = readyqueue_first_task_get(prio); //這時當前任務已經(jīng)移動到了列表尾部，這里提取列表中的第一個，下面對該任務進行時間片數(shù)值設置if (task->timeslice_reload == (k_timeslice_t)0u) {task->timeslice = k_robin_default_timeslice;} else {task->timeslice = task->timeslice_reload;}TOS_CPU_INT_ENABLE();knl_sched();//執(zhí)行任務調(diào)度 }

總結(jié)：這個功能很雞肋，大部分時間沒什么用，而且這是一種強行切換，如果你的任務中存在互斥鎖，強行切換導致互斥鎖沒有來的及釋放，一定會出問題。（總之這是一種強行切換，一般情況下只有在任務中不加os_delay()時才會用到，而且在切換時不對原先任務中的互斥鎖等同步機制進行應急處理）。感覺沒什么用。

消息隊列與郵箱隊列

TencentOS里面提供了消息隊列，郵箱隊列以及優(yōu)先級消息隊列，優(yōu)先級郵箱隊列。底層實現(xiàn)主要是兩個分別是環(huán)形隊列和優(yōu)先級隊列來實現(xiàn)，這兩個區(qū)別就是，環(huán)形隊列按照先入先出，優(yōu)先級隊列寫入時會記錄寫入的優(yōu)先級，彈出時會按照優(yōu)先級高低先后彈出。另外就是消息隊列和郵箱隊列的區(qū)別，消息隊列僅傳遞指針，郵箱隊列可以傳遞較大的內(nèi)存塊，底層實現(xiàn)都是環(huán)形隊列，只不過消息隊列存入的是指針即一個32位的地址，郵箱隊列可以存入一個結(jié)構(gòu)體中的所有數(shù)據(jù)。

uint8_t msg_pool[MESSAGE_MAX * sizeof(void *)];//消息隊列存儲池MESSAGE_MAX*地址占內(nèi)存大小（更小）typedef struct mail_st {char *message;int payload; } mail_t; uint8_t mail_pool[MAIL_MAX * sizeof(mail_t)];//郵箱隊列存儲池MAIL_MAX*結(jié)構(gòu)體占內(nèi)存大小（更大）

我的理解：郵箱隊列可以保證數(shù)據(jù)存入郵箱，數(shù)據(jù)沒有被接收之前不會丟失，但是消息隊列中的地址數(shù)據(jù)未被接收之前如果該地址指向的內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)生變化，那么接收到之后的數(shù)據(jù)可能并不是你想傳遞的數(shù)據(jù)。（如果數(shù)據(jù)被更改時間間隔足夠長的話可以使用）。這個時候我覺得消息隊列還挺雞肋的，我還沒有想到一個消息隊列的合理利用場景，糾結(jié)于傳送地址，但地址數(shù)據(jù)發(fā)生改變不就亂了，希望大佬看到可以指點一下。這塊指出一下，不同的RTOS如騰訊還有FreeRTOS中的同步及通信機制原理上差不多但是使用時還是有區(qū)別的，比如FreeRTOS中的消息隊列和TencentOS中的郵箱一樣傳遞的是數(shù)據(jù)不是指針。

互斥鎖

互斥鎖中有一個優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的概念，優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)會對程序中任務執(zhí)行產(chǎn)生很大的危害，高優(yōu)先級的任務得不到有效執(zhí)行，舉一個簡單的優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的例子：有四個任務A,B,C,優(yōu)先級分別為1,2,3，并且A與C在爭奪互斥鎖，某一時刻A,B均處于阻塞態(tài)，任務C獲取到互斥鎖，此時鎖處于閉鎖狀態(tài)。接下來A任務到達就緒態(tài)，因為優(yōu)先級高搶斷C執(zhí)行但是獲取不到鎖進入阻塞態(tài)。這是B到達就緒態(tài)，由于B不需要互斥鎖且優(yōu)先級高于C，所以B搶斷C執(zhí)行。在這個過程中A想要執(zhí)行就必須等待B執(zhí)行完之后切換到C，C執(zhí)行完才能輪到A。然而A是優(yōu)先級最高的任務，這樣會使得系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的任務無法得到有效執(zhí)行，嚴重的話會導致程序崩潰。

TencentOS采用了優(yōu)先級繼承策略，當任務A申請鎖的時候，發(fā)現(xiàn)鎖在C的手里且C的優(yōu)先級低于A的優(yōu)先級，那么立馬將C的優(yōu)先級提高到和A等同的優(yōu)先級，那么C執(zhí)行過程中就不會被B打斷，即A只要等C執(zhí)行完就可以執(zhí)行了，不用等待B的執(zhí)行。這樣一定程度上削弱了優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的危害。

當信號量為1的時候也可以當做互斥鎖用，但是由于信號量沒有設計優(yōu)先級繼承的東西，所有有可能造成優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)。

任務中為什么一定要加while(1)循環(huán)

在RTOS初學過程中，有些時候就忘記寫while(1)了，執(zhí)行后發(fā)現(xiàn)咋突然就停下來了，甚是奇怪。每個任務也是一個函數(shù)，切換任務時會保存上一個任務的上下文。如果沒有while(1),程序執(zhí)行完最后一句就結(jié)束了，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后函數(shù)里面的變量等等都會被釋放掉，該任務就被直接銷毀了，只有讓任務執(zhí)行函數(shù)處于循環(huán)當中，函數(shù)不會結(jié)束，任務才不會被銷毀。任務才能夠在調(diào)度時保存上下文，下次從原先離開的地方繼續(xù)執(zhí)行。這也就是我們在使用過程中看到任務函數(shù)只在while(1)內(nèi)部執(zhí)行，切換任務從哪里離開，下次就從哪里開始。

內(nèi)存管理

TencentOS中有兩種內(nèi)存管理，分別是靜態(tài)內(nèi)存管理和動態(tài)內(nèi)存管理。
靜態(tài)內(nèi)存是在全局變量區(qū)開辟一塊待分配的內(nèi)存，可以對這片內(nèi)存進行管理（申請釋放定長內(nèi)存塊）。
動態(tài)內(nèi)存是指在堆區(qū)申請釋放定長內(nèi)存塊。
內(nèi)存泄漏：申請的內(nèi)存塊使用完之后一定要釋放，并且申請內(nèi)存的獲得的首地址不能丟失，相關內(nèi)存泄漏的知識可以參考其他博文。
動態(tài)內(nèi)存管理參考示例：

typedef struct {uint16_t rec_len;uint8_t rec_Buf[RECEIVELEN]; } usart_recv_mail;//接收郵箱消息的結(jié)構(gòu)體 uint8_t mail_lphuart1_pool[MAIL_MAX * sizeof(usart_recv_mail)];//郵箱內(nèi)存區(qū)存儲串口數(shù)據(jù) void entry_inf_get_from_lorawan_task(void *arg) {k_err_t err;usart_recv_mail recdata;size_t mail_size;while(1){usart_recv_mail *p = tos_mmheap_alloc(sizeof(usart_recv_mail));//在堆區(qū)申請一個usart_recv_mail大小的內(nèi)存,p指向分配的內(nèi)存的起始地址，這個指針不能丟失（即p只能指向這塊內(nèi)存的首地址），如果指向其他地方，這塊內(nèi)存就會發(fā)生內(nèi)存泄漏得不到利用。err = tos_mail_q_pend(&mail_lphuart1_inf, p, &mail_size, TOS_TIME_FOREVER);//等待郵箱中的消息，將等待到的消息存儲到p指向的內(nèi)存區(qū)if (err == K_ERR_NONE){TOS_ASSERT(mail_size == sizeof(usart_recv_mail));/* 等待lpuart1產(chǎn)生中斷 */if(UART_TO_LRM_RECEIVE_FLAG){UART_TO_LRM_RECEIVE_FLAG = 0;usart2_send_data((*p).rec_Buf,(*p).rec_len);//因為p就是usart_recv_mail結(jié)構(gòu)體類型，所以可以像結(jié)構(gòu)體一樣使用}}tos_mmheap_free(p);//使用完之后記得一定要釋放內(nèi)存tos_task_delay(500);//任務睡眠} }

總結(jié)：按照我的理解，動態(tài)內(nèi)存的使用是在當原先任務堆棧大小設置的較小，而實際任務中需要使用更大的內(nèi)存，也就是說，原先任務堆棧大小不能滿足程序運行的需要，為了程序正常運行，我們需要從堆區(qū)開辟一塊動態(tài)內(nèi)存來使得程序正常運行，程序運行完之后把內(nèi)存釋放掉用于其他。

三、實操問題解決

這塊主要是我在完成生產(chǎn)實習作業(yè)過程中即實際開始自己碼代碼過程中遇到的疑難問題解決。

使用TencentOS中的shell(即CLI命令行)

命令行類似一種對話框，基本邏輯就是PC端通過串口輸入命令，單片機破解命令執(zhí)行對應的功能函數(shù)。TencentOS自帶shell中包括了help(查詢有哪些命令，分別是哪些功能)、ps(每個任務的堆棧大小以及實際運行中的堆棧深度)，還有free(查詢程序內(nèi)存使用情況)。我們也可以添加自己的命令對單片機進行控制。（總之使用起來非常方便）
shell文件位置（開源庫中的文件）


shell中的文件全部移進去，包含一些頭文件啥的，反正都在github下載的這些文件中，找一下就有。
最后總共就這么多就夠了。

TencentOS的shell是用字符輸入輸出隊列配合信號量實現(xiàn)的。簡單來說就是你在串口助手界面輸入一個字符，shell代碼會將獲取到的字符塞入到字符隊列中去，同時信號量加一。另一邊任務函數(shù)會根據(jù)信號量的多少進行字符循環(huán)獲取保存并回傳給PC，信號量為零則進行阻塞。當任務函數(shù)檢測到有\(zhòng)n,\r時則會跳出循環(huán)，將之前保存的字符與命令庫中的命令進行對比，如果對比正確則執(zhí)行響應函數(shù)，對比錯誤就回傳"command not found\r\n"
核心代碼如下：

__API__ void tos_shell_input_byte(uint8_t data) {if (tos_chr_fifo_push(&SHELL_CTL->shell_rx_fifo, data) == K_ERR_NONE) {//把獲取到的字符添加到字符隊列中去tos_sem_post(&SHELL_CTL->shell_rx_sem);//同時釋放一個信號量} }//這個函數(shù)是要放到串口接收中斷中去的 //shell任務執(zhí)行函數(shù) __STATIC__ void shell_parser(void *arg) {int rc;shell_prompt();while (K_TRUE) {rc = shell_readline();//按照信號量多少循環(huán)讀取字符并回傳給PC，信號量為0則阻塞，直到檢測到回車或換行才會跳出，rc指接收到的字符個數(shù)if (rc > 0) {shell_cmd_process();//如果接收到字符就進行命令對比并執(zhí)行相關函數(shù)}shell_prompt();//返回PC一個回車換行} }//這個任務沒有睡眠，僅僅根據(jù)信號量來控制執(zhí)行與阻塞。

效果：

RTOS新手學習一定要注意堆棧大小

任務程序運行都是在分配的堆棧內(nèi)存中運行的，如果分配的堆棧內(nèi)存不夠，程序就會直接暴斃（進入硬件錯誤中斷）。所以新手在調(diào)試程序過程中可以嘗試：
1.硬件錯誤中斷中加入printf函數(shù)用于提醒你進入了硬件中斷（這個時候首先考慮堆棧內(nèi)存不夠問題）
2.如果直接導入了shell文件，可以通過"ps"命令直接進行獲取當前任務的吃棧深度。一般所有的任務堆棧大小盡量先設置的大一些，然后ps命令看一下最大吃棧深度有多深，最后根據(jù)最大吃棧深度調(diào)整任務堆棧大小（單片機內(nèi)存還是要省著用的）

stk size代表設定的堆棧大小，stk depth代表程序?qū)嶋H運行時所使用到的最大棧深度
3.TencentOS提供了，獲取最大吃棧深度的函數(shù)

k_err_t tos_task_stack_draught_depth(k_task_t *task, int *depth); //獲取一個任務棧的最大吃水深度

使用動態(tài)內(nèi)存時記得要去tos_config.h文件中修改配置

可以把最初給的大小根據(jù)實際情況改大一點，否則后邊的大內(nèi)存申請會有問題。

#define TOS_CFG_MMHEAP_DEFAULT_POOL_SIZE 0xA00 // 配置TencentOS tiny默認動態(tài)內(nèi)存池大小

提醒

代碼中有詳細注釋

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的TencentOS浅学过程记录的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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