线程（任务及空闲）与BIOS系统的交互配置问题-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了线程（任务及空闲）与BIOS系统的交互配置问题。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、理解可重入函数

1、前言

在中断处理函数中调用了printf函数，因为中断处理函数调用了不可重入函数，导致中断丢失和系统位置错误，直接导致嵌入式linux系统应用进程中的所有线程停掉，进而导致看门狗进程得不到喂狗，设备重启。

2、什么是不可重入函数？

可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入OS调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区、中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。

满足下列条件的函数多数是不可重入的：

函数体内使用了静态（static）的数据结构；函数体内调用了malloc()或者free()函数；函数体内调用了标准I/O函数。

举例：

A.可重入函数

void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc)
{
    while(*lpszDest++=*lpszSrc++);//使用的局部变量
    *dest=0;
}

B.不可重入函数1

char cTemp;//全局变量
void SwapChar1(char *lpcX,char *lpcY)
{
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;//访问了全局变量
}

C.不可重入函数2

void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)
{
    static char cTemp;//静态局部变量
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;//使用了静态局部变量
}

3、为什么中断处理函数不能直接调用不可重入函数？

在多任务系统下，中断可能在任务执行的任何时间发生；如果一个函数的执行期间被中断后，到重新恢复到断点进行执行的过程中，函数所依赖的环境没有发生改变，那么这个函数就是可重入的，否则就不可重入的。

在中断前后不都要保存和恢复上下文吗，怎么会出现函数所依赖的环境发生改变了呢？我们知道中断时确实保存一些上下文，但是仅限于返回地址、CPU寄存器等之类的少量上下文，而函数内部使用的诸如全局或静态变量、buffer等并不在保护之列，所以如果这些值在函数被中断期间发生了改变，那么当函数回到断点继续执行时，其结果就不可预料了。

在中断处理函数中调用有互斥锁保护的全局变量，如果恰好该变量正在被另一个线程调用，会导致中断处理函数不能及时返回，导致中断丢失等严重问题。并且在多线程环境中使用，在没有加锁的情况下，对同一段内存块进行并发读写，就会造成segmentfault/coredump之类的问题。总而言之，中断处理函数做的事情越简单越好。

4、如何写出可重入的函数？

在函数体内不访问那些全局变量；如果必须访问全局变量，记住利用互斥信号量来保护全局变量，或者调用该函数前关中断，调用后再开中断；不使用静态局部变量；坚持只使用缺省态（auto）局部变量；在和硬件发生交互的时候，切记关闭硬件中断，完成交互记得打开中断；不能调用任何不可重入函数；谨慎使用堆栈，最好先使用前先OS_ENTER_KERNAL。

二、任务

SYS/BIOS 系统内核组件；0~31优先级（默认0~15，优先级0被空闲线程使用，任务最低优先级为1）；无限制数量（内存允许情况下）；独立内存堆栈；更先进的调度技术（可以为等待某一时间的发生而被挂起；任务会被其他更高优先级的线程打断，所以图中的C函数必须是可重入函数）；数量和状态可以在程序执行时动态的更改；优先级可以动态的修改。

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每个任务都有自己独立的堆栈，因此任务是可以被挂起的。内核会为每个任务对象维护一份处理器关键寄存器的副本。由于每个任务都有自己独立的堆栈，所以任务的开销相对于其它线程来说较大，需要更大的内存。

任务线程内存消耗：

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三、空闲（后台）线程

SYS/BIOS系统内核组件；非实时性线程；当且仅当没有任何其他线程（HWI/SWI/TASK运行时才会运行）；所有空闲线程运行在同一个优先级；有数量限制；可以被任何其它线程随时抢占；默认任务堆栈，如果任务线程被禁用使用系统堆栈；一个接一个运行，每一个空闲线程函数都会从开始执行到结束，所有函数执行完成之后再从第一个函数开始执行，周而复始；不要在空闲线程的函数中使用阻塞语句（例如，Task_sleep()语句）。

四、BIOS系统的相关操作

BIOS系统具有良好的可移植性，可以在其他平台上使用。

任务模块：

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空闲线程模块：

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任务线程执行：

linux系统的非实时版本执行多线程采用的是轮询的方法，执行顺序是随机的；而BIOS系统采用的是抢占式的方式，也就是说每个线程的执行顺序一定是确定的。

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任务线程挂钩函数：

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任务线程配置：

如果任务在整个生命周期内都需要，一般通过静态配置。动态配置任务线程，灵活性高，且资源浪费少。

静态配置：

var Task = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Task');
var task0Params = new Task.Params();
task0Params.instance.name = "task0";
Program.global.task0 = Task.create("&taskMain",task0Params);

动态配置：

#include <ti/sysbios/knl/Task.h>
Task_Handle task;
Error_Block eb;
Error_init(&eb);
task = Task_create(taskMain,NULL,&eb);
if(task == NULL)
{
    System_printf("Task_create() failed!\n");
}

如果Task_create中的参数为NULL，则默认使用.cfg中的相关参数，以下为任务参数。

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任务线程相关函数：

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任务线程状态：

任务中的堆栈非常重要，可以获取堆栈状态。

Task_Stat statbuf;
Task_stat(Task_self(),&statbuf);
if(statbuf.used > (statbuf.stackSize * 9 / 10))
{
    System_printf("Over 90% of task's stack is in use.\n");
}

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printf与System_printf的区别：

printf在运行时比System_printf更耗费系统资源，在使用时需要加\r\n，才可以立刻打印到终端。System_printf不一定立刻打印到终端，涉及一些交互资源的堆栈，如果需要立刻打印到终端，则需要加System_flush()语句。

printf("Exit taskMain()\r\n");

System_printf("Exit taskMain()\n");
System_flush();

五、实验结果与BIOS系统的相关配置

情况一：两个任务线程

/*
 * task.c
 *
 *  Created on: 2024-3-11
 *      Author: ouc
 */
#include <stdio.h>
#include <xdc/std.h>
#include <xdc/runtime/Error.h>
#include <xdc/runtime/System.h>
#include <xdc/runtime/Memory.h>
#include <xdc/cfg/global.h>
#include <xdc/runtime/IHeap.h>
#include <ti/sysbios/BIOS.h>
#include <ti/sysbios/knl/Task.h>

// Task 1
void TaskMain1()
{
	System_printf("Enter the TaskMain1!\n");
	System_flush();
};

// Task 2
void TaskMain2()
{
	System_printf("Enter the TaskMain2!\n");
	System_flush();
};

// Idle 1
void IdleMain1()
{
	System_printf("Enter the IdleMain1!\n");
	System_flush();
};

// Idle 2
void IdleMain2()
{
	System_printf("Enter the IdleMain2!\n");
	System_flush();
};
int main()
{

	Task_Handle task1;
	Task_Handle task2;
	Error_Block eb;
	Error_init(&eb);
	task1 = Task_create(TaskMain1,NULL,&eb);
	task2 = Task_create(TaskMain2,NULL,&eb);
	/*Task_stat(Task_self(),&statbuf);
	if(statbuf.used > (statbuf.stackSize * 9 / 10))
	{
		System_printf("Over 90% of task's stack is in use.\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};*/
	if(task1 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};
	if(task2 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};
	BIOS_start();
	return (0);
}

cfg Script代码：

var HeapMem = xdc.useModule('ti.sysbios.heaps.HeapMem');
var Memory = xdc.useModule('xdc.runtime.Memory');
var Task = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Task');
var Idle = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Idle');
var BIOS = xdc.useModule('ti.sysbios.BIOS');
var heapMem0Params = new HeapMem.Params();
heapMem0Params.instance.name = "Systemheap";
heapMem0Params.size = 262144;
heapMem0Params.align = 8;
Program.global.Systemheap = HeapMem.create(heapMem0Params);
Memory.defaultHeapInstance = Program.global.Systemheap;
Program.sectMap["Systemheap"] = new Program.SectionSpec();
Program.sectMap["Systemheap"].loadSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAlign = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].runSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].type = "COPY";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAddress = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].fill = undefined;
Idle.idleFxns[0] = null;
Idle.idleFxns[1] = null;
Idle.idleFxns[2] = null;

运行结果：

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分析：若创建任务线程时，未传入任务参数，即未配置任务优先级等参数，按照代码任务创建先后，运行线程。

情况二：两个空闲线程

/*
 * task.c
 *
 *  Created on: 2024-3-11
 *      Author: ouc
 */
#include <stdio.h>
#include <xdc/std.h>
#include <xdc/runtime/Error.h>
#include <xdc/runtime/System.h>
#include <xdc/runtime/Memory.h>
#include <xdc/cfg/global.h>
#include <xdc/runtime/IHeap.h>
#include <ti/sysbios/BIOS.h>
#include <ti/sysbios/knl/Task.h>

// Task 1
void TaskMain1()
{
	System_printf("Enter the TaskMain1!\n");
	System_flush();
};

// Task 2
void TaskMain2()
{
	System_printf("Enter the TaskMain2!\n");
	System_flush();
};

// Idle 1
void IdleMain1()
{
	System_printf("Enter the IdleMain1!\n");
	System_flush();
};

// Idle 2
void IdleMain2()
{
	System_printf("Enter the IdleMain2!\n");
	System_flush();
};
int main()
{

	/*Task_Handle task1;
	Task_Handle task2;
	Error_Block eb;
	Error_init(&eb);
	task1 = Task_create(TaskMain1,NULL,&eb);
	task2 = Task_create(TaskMain2,NULL,&eb);
	Task_stat(Task_self(),&statbuf);
	if(statbuf.used > (statbuf.stackSize * 9 / 10))
	{
		System_printf("Over 90% of task's stack is in use.\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};
	if(task1 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};
	if(task2 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};*/
	BIOS_start();
	return (0);
}

cfg Script代码：

var HeapMem = xdc.useModule('ti.sysbios.heaps.HeapMem');
var Memory = xdc.useModule('xdc.runtime.Memory');
var Task = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Task');
var Idle = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Idle');
var BIOS = xdc.useModule('ti.sysbios.BIOS');
var heapMem0Params = new HeapMem.Params();
heapMem0Params.instance.name = "Systemheap";
heapMem0Params.size = 262144;
heapMem0Params.align = 8;
Program.global.Systemheap = HeapMem.create(heapMem0Params);
Memory.defaultHeapInstance = Program.global.Systemheap;
Program.sectMap["Systemheap"] = new Program.SectionSpec();
Program.sectMap["Systemheap"].loadSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAlign = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].runSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].type = "COPY";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAddress = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].fill = undefined;
Idle.idleFxns[0] = null;
Idle.idleFxns[1] = "&IdleMain1";
Idle.idleFxns[2] = "&IdleMain2";

运行结果1：

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分析：不同空闲线程之间存在优先级先后的顺序

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运行结果2：

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情况三：一个任务线程、一个空闲线程

/*
 * task.c
 *
 *  Created on: 2024-3-11
 *      Author: ouc
 */
#include <stdio.h>
#include <xdc/std.h>
#include <xdc/runtime/Error.h>
#include <xdc/runtime/System.h>
#include <xdc/runtime/Memory.h>
#include <xdc/cfg/global.h>
#include <xdc/runtime/IHeap.h>
#include <ti/sysbios/BIOS.h>
#include <ti/sysbios/knl/Task.h>

// Task 1
void TaskMain1()
{
	System_printf("Enter the TaskMain1!\n");
	System_flush();
};

// Task 2
void TaskMain2()
{
	System_printf("Enter the TaskMain2!\n");
	System_flush();
};

// Idle 1
void IdleMain1()
{
	System_printf("Enter the IdleMain1!\n");
	System_flush();
};

// Idle 2
void IdleMain2()
{
	System_printf("Enter the IdleMain2!\n");
	System_flush();
};
int main()
{

	Task_Handle task1;

	Error_Block eb;
	Error_init(&eb);
	task1 = Task_create(TaskMain1,NULL,&eb);
	/*task2 = Task_create(TaskMain2,NULL,&eb);
	Task_stat(Task_self(),&statbuf);
	if(statbuf.used > (statbuf.stackSize * 9 / 10))
	{
		System_printf("Over 90% of task's stack is in use.\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};*/
	if(task1 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};
	/*if(task2 == NULL)
	{
		System_printf("Task_create() failed!\n");
		System_flush();
		BIOS_exit(0);
	};*/
	BIOS_start();
	return (0);
}

cfg Script代码：

var HeapMem = xdc.useModule('ti.sysbios.heaps.HeapMem');
var Memory = xdc.useModule('xdc.runtime.Memory');
var Task = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Task');
var Idle = xdc.useModule('ti.sysbios.knl.Idle');
var BIOS = xdc.useModule('ti.sysbios.BIOS');
var heapMem0Params = new HeapMem.Params();
heapMem0Params.instance.name = "Systemheap";
heapMem0Params.size = 262144;
heapMem0Params.align = 8;
Program.global.Systemheap = HeapMem.create(heapMem0Params);
Memory.defaultHeapInstance = Program.global.Systemheap;
Program.sectMap["Systemheap"] = new Program.SectionSpec();
Program.sectMap["Systemheap"].loadSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAlign = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].runSegment = "L2SRAM";
Program.sectMap["Systemheap"].type = "COPY";
Program.sectMap["Systemheap"].loadAddress = undefined;
Program.sectMap["Systemheap"].fill = undefined;
Idle.idleFxns[0] = null;
Idle.idleFxns[1] = "&IdleMain1";
Idle.idleFxns[2] = null;

运行结果：

线程（任务及空闲）与BIOS系统的交互配置问题,学习,dsp开发,c语言,嵌入式硬件