第9章RT-Thread嵌入式實時操作系統(tǒng)9.1RT-Thread概述RT-Thread，全稱是RealTime-Thread，顧名思義，它是一個嵌入式實時多線程操作系統(tǒng)，基本屬性之一是支持多任務，允許多個任務同時運行并不意味著處理器在同一時刻真地執(zhí)行了多個任務。RT-Thread主要采用C語言編寫，淺顯易懂，方便移植。它把面向?qū)ο蟮脑O計方法應用到實時系統(tǒng)設計中，使得代碼風格優(yōu)雅、架構清晰、系統(tǒng)模塊化并且可裁剪性非常好。資源有限的MCU可用RT-ThreadNANO版，需約3KBFlash和1.2KBRAM，極簡內(nèi)核。資源豐富設備可用在線管理工具快速裁剪模塊，支持豐富功能包和復雜界面交互。RT-Thread體積小、成本低、功耗低、啟動快，適合資源受限場合，具備高實時性。主平臺是32位MCU，也支持ARM9、ARM11、Cortex-A等帶MMU的應用處理器。RTT主要運行平臺是32位的MCU，在特定應用場合也適用于Cortex-A系列級別的MPU。RTT系統(tǒng)完全開源。遵循ApacheLicense2.0開源許可協(xié)議，可以免費在商業(yè)產(chǎn)品中使用，并且不需要公開私有代碼。1. RT-Thread的實時核心RT-Thread的實時核心是一個精巧、高效、高度可定制的實時核心，功能特點如下：（1）采用C語言風格的內(nèi)核面向?qū)ο笤O計，完美的模塊化設計。（2）具備高度的可裁剪性和可伸縮性，其最小版本資源占用極低，僅需2.5KROM和1KRAM。（3）支持所有的MCU架構（ARM、MIPS、Xtensa、Risc-V、C-sky）。（4）支持幾乎所有主流的MCU、WiFi芯片，包括STM32F/L系列、NXPLPC/Kinetis系列、GD32系列、樂鑫ESP32、Realtek871X、Marvell88MW300、CypressFM系列、新唐M系列等。（5）支持KeilMDK/RVDSarmcc,GNUGCC,IAR等多種主流編譯器。2. RT-Thread設備框架RT-Thread設備框架如圖9-1所示。圖9-1RT-Thread設備框架RT-Thread設備框架功能特點如下：（1）設備框架提供標準接口訪問底層設備，上層應用采用抽象的設備接口進行底層硬件的訪問操作，上層應用與底層硬件設備無關；更換底層驅(qū)動時，不需要更改上層應用代碼，從而降低系統(tǒng)耦合性，提高設備可靠性。（2）當前支持的設備類型：字符型設備、塊設備、網(wǎng)絡設備、聲音設備、圖形設備和Flash設備等。3. RT-Thread設備虛擬文件系統(tǒng)框架RT-Thread設備虛擬文件系統(tǒng)框架如圖9-2所示。圖9-2RT-Thread設備虛擬文件系統(tǒng)框架設備虛擬文件系統(tǒng)主要面向小型設備，功能特點如下：（1）類似Linux虛擬文件系統(tǒng)方式的融合了多種文件系統(tǒng)的超級文件系統(tǒng)。（2）為上層應用提供統(tǒng)一的文件訪問接口，無需關心底層文件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)及存儲方式。（3）支持系統(tǒng)內(nèi)同時存在多種不同的文件系統(tǒng)。（4）支持FAT（包括長文件名、中文文件名）、UFFS、NFSv3、ROMFS和RAMFS等多種文件系統(tǒng)。（5）支持SPINORFlash、NandFlash、SD卡等多種存儲介質(zhì)。（6）面向MCU的NFTL閃存轉(zhuǎn)換層，完成NANDFlash上的日志，壞塊管理，擦寫均衡，掉電保護等功能。4. RT-Thread協(xié)議棧RT-Thread協(xié)議棧如圖9-3所示。圖9-3RT-Thread協(xié)議棧RT-Thread協(xié)議棧功能特點如下：（1）支持廣域網(wǎng)LoRa，NB-IoT，無線局域網(wǎng)Wi-Fi、藍牙BLE，有線以太網(wǎng)。（2）支持IPV4、IPV6、UDP、PPP協(xié)議。（3）支持TLS、DTLS安全傳輸。（4）支持HTTP、HTTPS、WebSocket、MQTT、LWM2M協(xié)議。（5）支持Modbus、Canopen工業(yè)協(xié)議。5. 音頻流媒體框架音頻流媒體框架如圖9-4所示。圖9-4音頻流媒體框架音頻流媒體框架功能特點如下：（1）適合MCU的輕型流媒體音頻框架，資源占用小，響應快。（2）支持wav、mp3、aac、flac、m4a、alac、speex、opus、amr等音頻格式。（3）支持流媒體協(xié)議：http、hls、rtsp、rtp、shoutcast。（4）支持媒體渲染協(xié)議：DLNA、Airplay、QQPlay。（5）支持語音識別及語音合成。6. PersimmonUI圖形庫PersimmonUI圖形庫是一套小型，現(xiàn)代化的圖形庫，功能特點如下：（1）支持多點觸摸操作，實現(xiàn)滑屏，拖拽，旋轉(zhuǎn)，牽引等多種界面動畫增強效果。（2）按鈕，圖片框，列表，面板，卡片，輪轉(zhuǎn)等基礎控件，以及窗口上的懸浮帶透明效果控件。（3）使用類似signal/slot的方式，靈活的把界面事件映射到用戶動作。（4）支持TTF矢量字體，針對MCU優(yōu)化的自定義圖像格式，大幅提升圖片加載和渲染速度。（5）支持多國語言。7. 低功耗管理低功耗管理功能特點如下：（1）自動休眠，系統(tǒng)空閑時休眠省電（支持睡眠模式，定時喚醒模式，停止模式）。（2）自動調(diào)頻調(diào)壓，系統(tǒng)激活工作時，根據(jù)程序設定值或基于芯片性能動態(tài)調(diào)節(jié)運行時頻率。（3）對用戶應用透明，用戶應用不需要關心功耗情況，系統(tǒng)自動進入休眠狀態(tài)。8. 應用接口APIRT-Thread支持各類標準接口，方便移植各類應用程序：（1）兼容于POSIX（IEEEStd1003.1，2004版本）。（2）支持ARMCMSIS接口。（3）CMSISCORE。（4）CMSISDSP。（5）CMSISRTOS。（6）支持C++應用環(huán)境。9.2RT-Thread架構RT-Thread與其他很多RTOS如FreeRTOS、uC/OS的主要區(qū)別之一是，它不僅僅是一個實時內(nèi)核，還具備豐富的中間層組件。RT-Thread操作系統(tǒng)架構如圖9-5所示。從下往上依次包括內(nèi)核層、組件服務層和軟件包三層。圖9-5RT-Thread操作系統(tǒng)架構1．內(nèi)核層內(nèi)核層含RT-Thread內(nèi)核和libcpu/BSP。RT-Thread內(nèi)核負責多線程、調(diào)度、信號、郵箱、消息隊列、內(nèi)存和定時器等。libcpu/BSP含芯片移植和板級支持，與底層硬件相關。?2．組件服務層組件服務層采用模塊化設計，包括設備框架、低功耗管理、FinSH控制臺、WiFi管理器、USB協(xié)議棧、DFS虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡架構、異常處理、鍵值數(shù)據(jù)庫等組件模塊，各組件模塊高內(nèi)聚、低耦合，是在RT-Thread內(nèi)核之上的上層軟件模塊。3．軟件包軟件包是運行于RTT物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)平臺上，面向不同應用領域的通用軟件組件，由描述信息、源代碼、庫文件組成。RTT提供了開放的軟件包平臺，存放了大量官方提供或開發(fā)者提供的軟件包，這些軟件包具有很強的可重用性，極大地方便了開發(fā)者在最短時間內(nèi)，完成應用開發(fā)，是RTT生態(tài)的重要組成部分。9.3內(nèi)核基礎內(nèi)核是操作系統(tǒng)最基礎也是最重要的部分。RT-ThreadRT-Thread內(nèi)核及底層架構如圖9-6所示，內(nèi)核處于硬件層之上，內(nèi)核部分包括內(nèi)核庫、實時內(nèi)核實現(xiàn)。9.3.1RT-Thread內(nèi)核介紹圖9-6RT-Thread內(nèi)核及底層架構內(nèi)核庫是內(nèi)核獨立運行的精簡C庫子集，依編譯器不同，包含內(nèi)容略異。GNUGCC編譯器通常帶更多標準C庫實現(xiàn)。C庫提供strcpy、memcpy等函數(shù)，RT-Thread用部分加rt_前綴避免重名。實時內(nèi)核實現(xiàn)對象管理、線程調(diào)度、通信、時鐘和內(nèi)存管理，最小占用3KBROM和1.2KBRAM。1．線程調(diào)度線程是RT-Thread中最小調(diào)度單位，調(diào)度算法為基于優(yōu)先級的全搶占式多線程調(diào)度。中斷、調(diào)度器鎖代碼不可搶占，其他部分均可搶占，包括調(diào)度器自身。支持最多256優(yōu)先級，默認32優(yōu)先級，0為最高，低優(yōu)先級給空閑線程，支持同優(yōu)先級時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。2．時鐘管理RT-Thread時鐘管理基于時鐘節(jié)拍，最小時鐘單位。提供單次觸發(fā)定時器，事件發(fā)一次后停止。周期觸發(fā)定時器，定時周期事件，需手動停止。定時器支持HARD_TIMER和SOFTTIMER兩種模式。定時回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)定時服務，用戶按實時性需求選擇。3．線程間同步RT-Thread用信號和互斥量實現(xiàn)線程同步，線程通過獲取釋放完成同步。互斥量采用優(yōu)先級繼承解決優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)，支持優(yōu)先級或先進先出等待方式。線程通過事件集發(fā)送接收同步，支持多事件“或”和“與”觸發(fā)，適合等待多個事件。4．線程間通信RT-Thread支持郵箱和消息隊列通信，郵箱郵件固定4字節(jié)，消息隊列接收變長消息。消息緩存在自身內(nèi)存，郵箱效率高于消息隊列，均可安全用于中斷服務例程。通信支持線程按優(yōu)先級或先進先出方式等待和獲取消息。5．內(nèi)存管理RT-Thread支持靜態(tài)內(nèi)存池管理，分配時間恒定。靜態(tài)內(nèi)存池空時，申請線程掛起或等待超時后放棄申請并返回。其他線程釋放內(nèi)存時，會喚醒掛起的申請線程。動態(tài)內(nèi)存堆管理提供針對小內(nèi)存和大內(nèi)存系統(tǒng)的slab算法。memheap管理多地址非連續(xù)內(nèi)存堆，實現(xiàn)多個內(nèi)存堆合一操作。6．I/O設備管理RT-Thread將PIN、I2C、SPI、USB、UART等外設統(tǒng)一注冊，建立設備管理子系統(tǒng)，支持按名稱訪問。通過統(tǒng)一API訪問硬件，根據(jù)設備類型掛接事件，設備事件觸發(fā)時由驅(qū)動通知應用程序。啟動流程是了解一個系統(tǒng)的開始，RT-Thread支持多種平臺和多種編譯器，而rtthread_startup()函數(shù)是RTT規(guī)定的統(tǒng)一啟動入口，其執(zhí)行順序是：系統(tǒng)先從啟動文件開始運行，然后進入RTT啟動函數(shù)rtthread_startup()，最后進入用戶入口函數(shù)main()。以RT-ThreadStudio為例，用戶程序入口為位于main.c文件中的啟動流程main()函數(shù)。系統(tǒng)啟動后先運行startup_stm32f407.s文件中的匯編程序，完成堆棧指針設置、PC指針設置、系統(tǒng)時鐘配置、變量存儲設置等，最后運行“blen-try”指令后跳轉(zhuǎn)到components.c文件中調(diào)用entry()函數(shù)，如圖9-7和圖9-8所示。9.3.2RT-Thread啟動流程圖9-7運行blentry()指令圖9-8調(diào)用entry()函數(shù)進而調(diào)用rtthread_startup()函數(shù)，啟動RT-Thread操作系統(tǒng)，如圖9-9所示。圖9-9調(diào)用rtthread_startup()函數(shù)在運行rt-thread_startup()函數(shù)時調(diào)用rt_application_init()函數(shù)，創(chuàng)建并啟動main()線程，如圖9-10所示，等調(diào)度器工作后進入mian.c文件中運行main()函數(shù)，完成系統(tǒng)啟動。圖9-10創(chuàng)建并啟動main()線程RT-Thread啟動流程如圖9-11所示。圖9-11RT-Thread啟動流程其中rtthreadstartup（）函數(shù)的代碼參考書中內(nèi)容。一般MCU包含F(xiàn)lash和RAM兩類存儲空間，F(xiàn)lash相當于硬盤，RAM相當于內(nèi)存。RT-ThreadStudio將程序編譯后分為text、data和bss3個程序段，程序編譯結(jié)果如圖9-12所示，顯示了各程序段大小、目標文件（rtthread.elf）、占用Flash及RAM大小等信息。9.3.3RT-Thread程序內(nèi)存分布圖9-12程序編譯結(jié)果自動初始化機制是指初始化函數(shù)在系統(tǒng)啟動過程中被自動調(diào)用，需要在函數(shù)定義處通過宏定義的方式進行自動初始化聲明，無須顯式調(diào)用。例如在某驅(qū)動中通過宏定義告知系統(tǒng)啟動時需要調(diào)用的函數(shù)，代碼如下：intxxx_init(void){?return0;}INIT_BOARD_EXPORT(xxx_init);9.3.4自動初始化機制代碼最后的INIT_BOARD_EXPORT（xxx_init）表示使用自動初始化功能，xxx_init()函數(shù)在系統(tǒng)初始化時會被自動調(diào)用。1．靜態(tài)內(nèi)核對象和動態(tài)內(nèi)核對象RT-Thread采用面向?qū)ο笤O計，線程、信號、互斥量、定時器等為內(nèi)核對象。內(nèi)核對象分靜態(tài)和動態(tài)兩種，靜態(tài)預分配資源占用RAM，時間確定，不依賴內(nèi)存堆管理器。動態(tài)對象運行時申請內(nèi)存，依賴內(nèi)存堆，刪除后釋放RAM，兩種方式根據(jù)環(huán)境需求選擇。2．內(nèi)核對象管理架構RTT內(nèi)核對象管理系統(tǒng)通過對象容器管理線程、信號等對象，鏈接鏈表，提高系統(tǒng)靈活性，不依賴內(nèi)存分配方式。RTT內(nèi)核對象容器及鏈表如圖9-14所示。9.3.5內(nèi)核對象模型圖9-14RTT內(nèi)核對象容器及鏈表9.4線程管理日常中解決大問題會分解為多個小問題，逐個解決。在多線程操作系統(tǒng)，開發(fā)者將復雜應用劃分為可調(diào)度的小任務，合理執(zhí)行以滿足實時性能和時間要求。例如讓嵌人式系統(tǒng)執(zhí)行這樣的任務，即系統(tǒng)通過傳感器采集數(shù)據(jù)，并通過顯示屏將數(shù)據(jù)顯示出來，在多線程實時系統(tǒng)中，可以將該任務分解成兩個子任務，如圖9-15所示。任務1不間斷地讀取傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫到共享內(nèi)存中，任務2周期性地從共享內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)輸出到顯示屏上。圖9-15傳感器數(shù)據(jù)接收任務與顯示任務的切換執(zhí)行RT-Thread管理系統(tǒng)和用戶線程，分別由內(nèi)核和應用創(chuàng)建。線程對象從內(nèi)核對象容器分配，刪除線程時對應對象也被刪除。對象容器與線程對象如圖9-16所示，每個線程都有重要的屬性，如線程控制塊、線程棧、入口函數(shù)等。9.4.1線程管理的功能特點圖9-16對象容器與線程對象RT-Thread的搶占式調(diào)度器從就緒列表中選最高優(yōu)先級線程執(zhí)行，確保高優(yōu)先級任務優(yōu)先占用CPU。運行線程若使高優(yōu)先級線程就緒，當前線程讓出CPU，高優(yōu)先級線程立即運行。中斷使高優(yōu)先級線程就緒，中斷結(jié)束掛起被中斷線程，調(diào)度器保存上下文后切換線程。1.線程控制塊在RT-Thread中，線程控制塊由結(jié)構體structrtthread表示。線程控制塊是操作系統(tǒng)用于管理線程的數(shù)據(jù)結(jié)構，它會存放線程的一些信息，例如優(yōu)先級、線程名稱、線程狀態(tài)等，也包含線程與線程之間連接用的鏈表結(jié)構、線程等待事件集合等，詳細定義如下：/*線程控制塊*/structrt_thread{/*rt對象*/charname[RT_NAME_MAX];/*線程名稱*/rt_uint8_ttype;/*對象類型*/9.4.2線程的工作機制rt_uint8_tf1ags;/*標志位*/

rt_liatt1ist/*對象列表*/rc_1istttlist/*線程列表*//*棧指針與入口指針*/vaid*sp;/*棧指針*/vaid*entry;/*入口函數(shù)指針*/void*parameter;/*參數(shù)*/vaid*stack_addr;/*棧地址指針*/rt_uint32_tstack_sizer;/*棧大小*//*錯誤代碼*/rt_err_terror;／線程錯誤代碼／rt_uint8_tstat;／＊線程狀態(tài)／／優(yōu)先級＊／rt_uint8_tcurrentpriority;／＊當前優(yōu)先級＊／rt_uint8_tInitpriority;／＊初始優(yōu)先級＊／rt_uint32_tnumber_mask;rt_ubase_tinit_tick;/*線程初始化計數(shù)值*/rt_ubase_tremaining_tick;/*線程剩余計數(shù)值*/structrt_timerthread_timer;/*內(nèi)置線程定時器*/vcid(cleanup)(structrt_thread*tid)；/*線程退出清除函數(shù)*/rt_uint32_tuser_data;/*用戶數(shù)據(jù)*/};2.線程的重要屬性根據(jù)線程控制塊的定義，線程具有一些重要屬性，如線程名稱、線程入口函數(shù)、線程棧、線程優(yōu)先級、時間片、線程狀態(tài)、錯誤代碼等。（1）線程名稱。線程名稱即線程的名字，由用戶命名，命名規(guī)則遵循C語言變量命名規(guī)則，通常以字母開頭，線程名稱的最大長度由rtconfig．h中的宏RT＿NAMEMAX指定，默認長度為8位，多余部分會被自動截掉。（2）線程棧。RT-Thread線程具有獨立的棧，當進行線程切換時，會將當前線程的上下文保存在棧中，當線程要恢復運行時，再從棧中讀取上下文信息進行恢復。線程棧的增長方向是與芯片構架密切相關的，RT-Thread3.1.0以前的版本均只支持棧由高地址向低地址增長，對于ARMCortexM架構，線程棧如圖9-17所示。圖9-17線程棧（ARM）（3）線程狀態(tài)。線程運行時僅一線程占CPU，RT-Thread中線程有5種狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)運行情況動態(tài)調(diào)整線程狀態(tài)。（4）線程優(yōu)先級。RT-Thread線程的優(yōu)先級表示線程被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個線程都具有優(yōu)先級，線程越重要，被賦予的優(yōu)先級就越高，該線程被調(diào)度的可能性就越大。（5）時間片。每個線程都有時間片參數(shù)，但時間片僅對優(yōu)先級相同的就緒狀態(tài)線程有效。假設有2個優(yōu)先級相同的就緒狀態(tài)線程A與B，A線程的時間片設置為10，B線程的時間片設置為5，那么當系統(tǒng)中不存在比A優(yōu)先級高的就緒狀態(tài)線程時，系統(tǒng)會在A、B線程間來回切換執(zhí)行，并且每次對A線程執(zhí)行10個節(jié)拍的時長，對B線程執(zhí)行5個節(jié)拍的時長，如圖9-18所示。圖9-18相同優(yōu)先級時間片輪轉(zhuǎn)（6）線程的入口函數(shù)。線程控制塊中的entry是線程的入口函數(shù)，它是線程實現(xiàn)預期功能的函數(shù)。線程的入口函數(shù)由用戶設計實現(xiàn)，一般有以下兩種代碼模式。①無限循環(huán)模式：在實時系統(tǒng)中，線程通常是被動式的。這是由實時系統(tǒng)的特性所決定的，實時系統(tǒng)通常總是等待外界事件的發(fā)生，而后進行相應的服務。voidthread_entry(void*paramenter){while(1){/*等待事件的發(fā)生*//*對事件進行服務、進行處理*/}}②順序執(zhí)行或有限次循環(huán)模式：簡單的順序語句、dowhile()或for()循環(huán)等，此類線程不會循環(huán)或不會永久循環(huán)，可稱它們?yōu)椤耙淮涡浴本€程，它們一定會被執(zhí)行完畢。在執(zhí)行完畢后，線程將被系統(tǒng)自動刪除。staticvoidthread_entry(void*parameter){/*處理事務#1*/?/*處理事務#2*/?/*處理事務#3*/}3.線程狀態(tài)切換RT-Thread提供一系列的操作系統(tǒng)調(diào)用接口，使得線程的狀態(tài)在這5種狀態(tài)之間來回切換。幾種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關系如圖9-19所示。圖9-19線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.系統(tǒng)線程系統(tǒng)線程是指由系統(tǒng)創(chuàng)建的線程，用戶線程是由用戶程序調(diào)用線程管理接口創(chuàng)建的線程，在RT-Thread內(nèi)核中的系統(tǒng)線程有空閑線程和主線程。（1）空閑線程。空閑線程是最低優(yōu)先級且永遠就緒，無其他就緒線程時被調(diào)度，通常死循環(huán)且不能掛起，有特殊用途。（2）主線程。在系統(tǒng)啟動時，系統(tǒng)會創(chuàng)建main線程，它的人口函數(shù)為main_thread_entry()，用戶的應用入口函數(shù)main()就是從這里真正開始的。系統(tǒng)調(diào)度器啟動后，main線程就開始運行，過程如圖9-20所示，用戶可以在main()函數(shù)里添加自己的應用程序初始化代碼。圖9-20主線程調(diào)用過程線程的相關操作如圖9-21所示，包括創(chuàng)建／初始化線程、啟動線程、運行線程、刪除/脫離線程。動態(tài)線程用rt_thread_create從堆自動分配棧和句柄，需初始化heap；靜態(tài)線程用rt_thread_init，棧和句柄由用戶分配。9.4.3線程的管理方式圖9-21線程相關操作1. 創(chuàng)建和刪除線程一個線程要成為可執(zhí)行的對象，就必須由操作系統(tǒng)的內(nèi)核來為它創(chuàng)建一個線程?？梢酝ㄟ^如下接口創(chuàng)建一個動態(tài)線程：rt_thread_trt_thread_create(constchar*name,void(*entry)(void*parameter),void*parameter,rt_uint32_tstack_size,rt_uint8_tpriority,rt_uint32_ttick);2. 初始化和脫離線程線程的初始化可以使用下面的函數(shù)接口完成，它用于初始化靜態(tài)線程對象：rt_err_trt_thread_init(structrt_thread*thread,constchar*name,void(*entry)(void*parameter),void*parameter,void*stack_start,rt_uint32tstack_size,rt_uint8_tpriority,rt_uint32ttick);3. 啟動線程創(chuàng)建（初始化）的線程狀態(tài)處于初始狀態(tài)，并未進入就緒線程的調(diào)度隊列，我們可以在線程初始化/創(chuàng)建成功后調(diào)用下面的函數(shù)接口讓該線程進入就緒狀態(tài)：rt_err_trt_thread_startup(rt_thread_tthread);當調(diào)用這個函數(shù)時，線程的狀態(tài)會更改為就緒狀態(tài)，并且線程會被放到相應優(yōu)先級隊列中等待調(diào)度。如果新啟動的線程優(yōu)先級比當前線程優(yōu)先級高，將立刻切換到這個新線程。下面介紹RT-Thread對線程操作的一些常用函數(shù)。1. 線程掛起函數(shù)rt_thread_suspend()掛起指定線程。被掛起的線程絕不會得到處理器的使用權，不管該線程具有什么優(yōu)先級。2. 線程恢復函數(shù)rt_thread_resume()線程恢復使掛起線程重入就緒，保留狀態(tài)并繼續(xù)運行，若最高優(yōu)先級則觸發(fā)上下文切換。9.4.4常用的線程函數(shù)如何使用RT-Thread的線程，先從最簡單的創(chuàng)建線程開始，點亮一個LED。1. 硬件初始化本節(jié)創(chuàng)建的線程需要用到開發(fā)板上的LED，所以先要將LED相關的函數(shù)初始化好，具體是在board.c的rt_hw_board_init()函數(shù)中初始化，具體見代碼清單參考書中內(nèi)容。2. 創(chuàng)建單線程—SRAM靜態(tài)內(nèi)存下面創(chuàng)建一個單線程，線程使用的棧和線程控制塊都使用靜態(tài)內(nèi)存，即預先定義好的全局變量，這些預先定義好的全局變量都存在內(nèi)部的SRAM中。9.4.5創(chuàng)建線程（1）定義線程函數(shù)。線程實際上就是一個無限循環(huán)且不帶返回值的C函數(shù)。目前，我們創(chuàng)建一個這樣的線程，讓開發(fā)板上面的LED燈以500ms的頻率閃爍，具體實現(xiàn)見代碼清單如下。定義線程函數(shù)：1staticvoidled1_thread_entry(void*parameter)2{3 while(1)4{5LED1_ON; 6 rt_thread_delay(500); /*延時500個tick*/ 78 LED1_OFF; 910 rt_thread_delay(500); /*延時500個tick*/

11 } 12 } （2）定義線程棧。RT-Thread中線程獨立，?？臻g單獨保存在全局變量中，棧占用MCURAM，多線程需更多RAM。MCU支持線程數(shù)受RAM限制，棧空間需地址對齊，ARM架構要求4字節(jié)對齊。通過ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)語句實現(xiàn)棧地址對齊，確保變量地址滿足對齊要求。（3）定義線程控制塊。定義線程函數(shù)和棧后，還需定義線程控制塊（線程身份證），它是包含線程全部信息的結(jié)構體。（4）初始化線程。線程三要素是主體函數(shù)、棧和控制塊，RT-Thread用rt_thread_init()將這三者關聯(lián)，令線程能被系統(tǒng)啟動。（5）啟動線程。當線程初始化好后，是處于線程初始態(tài)（RT_THREAD_INIT），并不能夠參與操作系統(tǒng)的調(diào)度，只有當線程進入就緒態(tài)（RT_THREAD_READY）之后才能參與操作系統(tǒng)的調(diào)度。線程由初始態(tài)進入就緒態(tài)可由函數(shù)rt_thread_startup()來實現(xiàn)。（6）main.c文件內(nèi)容。現(xiàn)在把線程主體，線程棧，線程控制塊這三部分代碼統(tǒng)一放到main.c中，具體程序代碼參考書中內(nèi)容。3. 下載驗證用DAP仿真將程序下載到野火STM32板，LED閃爍表明靜態(tài)內(nèi)存單線程已運行。當前例程線程棧和控制塊為靜態(tài)，由用戶預定義，使用較少。一般在線程創(chuàng)建時動態(tài)分配棧和控制塊內(nèi)存，更常用。9.5消息隊列消息隊列是另一種常用的線程間通信方式，是郵箱的擴展。它可以應用于多種場合：線程間的消息交換、使用串口接收不定長數(shù)據(jù)等。RT-Thread中使用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構實現(xiàn)線程異步通信工作，具有如下特性：（1）消息支持先進先出方式排隊與優(yōu)先級排隊方式，支持異步讀寫工作方式。（2）讀隊列支持超時機制。（3）支持發(fā)送緊急消息，這里的緊急消息是往隊列頭發(fā)送消息。（4）可以允許不同長度（不超過隊列節(jié)點最大值）的任意類型消息。（5）一個線程能夠從任意一個消息隊列接收和發(fā)送消息。（6）多個線程能夠從同一個消息隊列接收和發(fā)送消息。（7）當隊列使用結(jié)束后，需要通過刪除隊列操作釋放內(nèi)存函數(shù)回收。消息隊列緩存不定長消息，線程或中斷寫入，讀取線程空時掛起，有消息喚醒，支持異步通信。如圖9-22所示，線程或中斷服務例程可以將一條或多條消息放入消息隊列中。同樣，一個或多個線程也可以從消息隊列中獲得消息。當有多個消息發(fā)送到消息隊列時，通常將先進大消息隊列的消息先傳給線程，也就是說，線程先得到的是最先進入消息隊列的消息，即先進先出（FIFO）原則。9.5.1消息隊列的工作機制圖9-22消息隊列工作示意圖RT-Throad操作系統(tǒng)的消息隊列對象由多個元素組成，當消息隊列被創(chuàng)建時，它就被分配了消息隊列控制塊：消息隊列名稱、內(nèi)存緩沖區(qū)、消息大小以及隊列長度等。在RT-Thread中，消息隊列控制塊是操作系統(tǒng)用于管理消息隊列的一個數(shù)據(jù)結(jié)構，由結(jié)構體structrtmessagequeue表示。另外一種C表達方式rt_mq_t，表示的是消息隊列的句柄，在C語言中的實現(xiàn)是消息隊列控制塊的指針。消息隊列控制塊結(jié)構的詳細定義請見以下代碼：structrt_messagequeue{structrt_ipc_objectparent;void*msg_poo1,/*指向存放消息的消息池的指針*/rt_uint16_tmsg_size,/*每個消息的長度*/rt_uint16_t.max_msgs,/*最大能夠容納的消息數(shù)*/9.5.2消息隊列控制塊rt_uint16_tentry/*隊列中已有的消息數(shù)*/void*msg_queue_head,/*消息鏈表頭*/void*msg_queue_tail,/*消息鏈表尾*/void*msg_queue_free,/*空閑消息鏈表*/};typedefstructrt_messagequeue*rt_mq_tirt＿messagequeue對象從rtipc_bject中派生，由IPC容器所管理。消息隊列控制塊是一個結(jié)構體，其中含有消息隊列相關的重要參數(shù)，在消息隊列的功能實現(xiàn)中起著重要的作用。消息隊列的相關接口如圖9-23所示，對一個消息隊列的操作包含：創(chuàng)建/初始化消息隊列、發(fā)送消息、接收消息、刪除/脫離消息隊列。9.5.3消息隊列的管理方式圖9-23消息隊列相關接口?使用隊列模塊的典型流程如下：（1）創(chuàng)建消息隊列rt_mq_create。（2）寫隊列操作函數(shù)rt_mq_send。（3）讀隊列操作函數(shù)rt_mq_recv。（4） 刪除隊列rt_mq_delete。1.消息隊列創(chuàng)建函數(shù)rt_mq_create()消息隊列創(chuàng)建函數(shù)rt_mq_create()用于用戶自定義消息隊列的參數(shù)，如長度、句柄和節(jié)點大小。定義隊列句柄并不等于創(chuàng)建隊列，必須調(diào)用此函數(shù)進行實際創(chuàng)建。函數(shù)成功創(chuàng)建時返回消息隊列句柄，失敗時返回RT_NULL。9.5.4 常用消息隊列的函數(shù)2.消息隊列刪除函數(shù)rt_mq_delete()消息隊列刪除函數(shù)rt_mq_delete()用于刪除指定的消息隊列并釋放其所有資源。刪除操作會喚醒因訪問此隊列而阻塞的線程，并從阻塞鏈表中移除它們。如果傳入的消息隊列句柄無效，則無法刪除該隊列。3.消息隊列發(fā)送消息函數(shù)rt_mq_send()rt_mq_send()允許線程或中斷服務程序向消息隊列發(fā)送消息。當消息隊列有空閑消息塊時，發(fā)送成功；否則返回錯誤碼-RT_EFULL。發(fā)送者需要指定消息隊列的句柄、消息內(nèi)容和消息大小。發(fā)送的消息會被復制到消息隊列尾部。4.消息隊列接收消息函數(shù)rt_mq_recv()rt_mq_recv()用于從消息隊列接收消息，支持阻塞機制，用戶可定義等待時間。接收成功后，消息隊列頭部的消息會被轉(zhuǎn)移到空閑消息鏈表中。此函數(shù)將接收到的消息存儲到用戶定義的地址和大小的緩沖區(qū)中。9.6信號信號（又稱為軟中斷信號），在軟件層次上是對中斷機制的一種模擬，在原理上，一個線程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求是類似的。用于線程間異常通知，無需線程等待，線程用rt_thread_kill()發(fā)送信號。收到信號的線程對各種信號有不同的處理方法，處理方法可以分為三類：?（1）第一種是類似中斷的處理程序，對于需要處理的信號，線程可以指定處理函數(shù)，由該函數(shù)來處理。9.6.1信號的工作機制（2）第二種方法是，忽略某個信號，對該信號不做任何處理，就像未發(fā)生過一樣。（3）第三種方法是，對該信號的處理保留系統(tǒng)的默認值。信號工作機制如圖9-24所示。假設線程1需要對信號進行處理，首先線程1安裝一個信號并解除阻塞，并在安裝的同時設定對信號的異常處理方式；然后其他線程可以給線程1發(fā)送信號，觸發(fā)線程1對該信號的處理。當信號被傳遞給線程1時，如果它正處于掛起狀態(tài)，那會把狀態(tài)改為就緒狀態(tài)去處理對應的信號。如果它正處于運行狀態(tài)，那么會在它當前的線程?；A上建立新棧幀空間去處理對應的信號，需要注意的是，使用的線程棧大小也會相應增加。圖9-24信號工作機制對于信號的操作，有以下幾種：安裝信號、阻塞信號、解除阻塞、發(fā)送信號、等待信號。信號的相關接口如圖圖9-25所示。9.6.2信號的管理方式圖9-25信號相關接口1．信號安裝線程需安裝信號，確定信號值與動作映射，指定接收信號時執(zhí)行的操作。其詳細定義請見以下代碼：rt_sighandler_trtsignal_install(intsigno,rt_sighandler_thandler);其中rt_sighandlert是定義信號處理函數(shù)的函數(shù)指針類型。在安裝信號時設定handler參數(shù)，決定了該信號的不同的處理方法。處理方法可以分為三種：（1）類似中斷的處理方式，參數(shù)指向當信號發(fā)生時用戶自定義的處理函數(shù)，由該函數(shù)來處理。（2）參數(shù)設為SIG_IGN，忽略某個信號，對該信號不做任何處理，就像未發(fā)生過一樣。（3）參數(shù)設為SIG_DFL，系統(tǒng)會調(diào)用默認的處理函數(shù)_signal_default_handler()。2．阻塞信號阻塞信號，也可以理解為屏蔽信號。如果該信號被阻塞，則該信號將不會傳達給安裝此信號的線程，也不會引發(fā)軟中斷處理。調(diào)用rt_signal_mask()可以使信號阻塞：voidrt_signalmask(intsigno);3．解除信號阻塞線程中可以安裝好幾個信號，使用此函數(shù)可以對其中一些信號給予“關注”，那么發(fā)送這些信號都會引發(fā)該線程的軟中斷。調(diào)用rt_signal_unmask()可以解除信號阻塞：voidrt_signal_unmask(intsigno);4．發(fā)送信號當需要進行異常處理時，可以給設定了處理異常的線程發(fā)送信號，調(diào)用rt_thread_kill()可以向任何線程發(fā)送信號：intrt_thread_kill(rt_threadttid,intsig);5．等待信號等待set信號的到來，如果沒有等到該信號，則將線程掛起，直到等到該信號或者等待時間超過指定的超時時間timeout。如果等到了該信號，則將指向該信號體的指針存入si，下面是等待信號的函數(shù)。intrt_signal_wait(constrt_sigsett*set,rt_siginfo_t*si,rt_int32ttimeout);其中rtsiginfo＿t是定義信號信息的數(shù)據(jù)類型。1.信號創(chuàng)建函數(shù)rt_sem_create()信號創(chuàng)建函數(shù)rt_sem_create()用于創(chuàng)建二值或計數(shù)信號。用戶需要傳入信號名稱、初始值、阻塞喚醒策略和信號句柄。二值信號的取值范圍是0和1，計數(shù)信號可用個數(shù)范圍是0~65535。2.信號刪除函數(shù)rt_sem_delete()信號刪除函數(shù)rt_sem_delete()刪除指定信號并釋放其資源。刪除操作會喚醒因訪問此信號而阻塞的線程，并從阻塞鏈表中移除它們。如果信號未創(chuàng)建，則無法刪除。9.6.3常用信號函數(shù)接口3.信號釋放函數(shù)rt_sem_release()rt_sem_release()用于釋放信號，每調(diào)用一次該函數(shù)就釋放一個信號。二值信號的范圍為0和1，計數(shù)信號的范圍為0~65535，不能無限制釋放信號。釋放信號后，其他線程可以獲取已釋放的信號。4.信號獲取函數(shù)rt_sem_take()信號獲取函數(shù)rt_sem_take()用于獲取信號。當信號有效時，線程獲取后信號值減一，信號值為零時，線程將進入阻塞態(tài)。獲取信號時需指定等待時間，超時未獲取到信號返回-RT_ETIMEOUT。9.7互斥量互斥量又稱互斥型信號，是一種特殊的二值信號，它和信號不同的是，它支持互斥量所有權、遞歸訪問以及防止優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的特性，用于實現(xiàn)對臨界資源的獨占式處理。任意時刻互斥量的狀態(tài)只有兩種，開鎖或閉鎖。線程持有互斥量時鎖閉鎖，釋放時開鎖。支持遞歸訪問，持有線程可重復鎖定，無掛起，不同于普通信號會死鎖。9.7.1 互斥量的基本概念RT-Thread用優(yōu)先級繼承算法防止優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)，提升低優(yōu)先級線程優(yōu)先級至最高等待線程水平，執(zhí)行完釋放資源后恢復。互斥量支持優(yōu)先級繼承，信號不支持，保證高優(yōu)先級線程阻塞時間最短，降低優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)危害。舉個例子，現(xiàn)在有3個線程分別為H線程（High）、M線程（Middle）、L線程（Low），3個線程的優(yōu)先級順序為H線程>M線程>L線程。H線程可打斷M和L，M可打斷L。若資源被L占用，H申請資源阻塞，優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)。此時M喚醒并搶占CPU，延遲L線程繼續(xù)執(zhí)行，導致H等待時間變長。9.7.2 互斥量的優(yōu)先級繼承機制最高優(yōu)先級H因低優(yōu)先級L和中間優(yōu)先級M變得阻塞，響應變慢，不被允許。無優(yōu)先級繼承時，資源保護導致優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)，嚴重影響系統(tǒng)響應與穩(wěn)定性。優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)圖解如圖9-26所示。圖9-26優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)圖解優(yōu)先級繼承9-27所示。圖9-27優(yōu)先級繼承多線程中，多個線程需獨占訪問同一臨界資源，RT-Thread用互斥量保護資源，避免訪問沖突。線程獲得互斥量后，互斥量閉鎖，其他線程等待，確保資源獨占訪問。等待線程按用戶定義時間等待，直到互斥量釋放，方可訪問資源?；コ饬可湘i解鎖交替，保證任一時刻僅一線程訪問臨界資源，確保安全。互斥量工作機制如圖9-28所示。9.7.3 互斥量的工作機制圖9-28互斥量工作機制在RT-Thread中，互斥量控制塊是操作系統(tǒng)用于管理互斥量的一個數(shù)據(jù)結(jié)構，由結(jié)構體structrt＿mutex表示。另外一種C表達方式rt＿mutext，表示的是互斥量的句柄，在C語言中的實現(xiàn)是指互斥量控制塊的指針?；コ饬靠刂茐K結(jié)構的詳細定義如下。structrt_mutex{structrt_ipc_objectparent;/*繼承自rt_ipc_object*/rt_uint16_tvalue;/*互斥量的值*/rt_uint8_toriginalpriority;/*持有線程的原始優(yōu)先級*/rt_uint8_thold;/*持有線程的持有次數(shù)*/structrt_thread*owner;/*當前擁有互斥量的線程*/9.7.4 互斥量控制塊}；/*rt_mutextt為指向互斥量結(jié)構體的指針類型*/typedefstructrt_mutex*rt_mutex_t;rt_mutex對象從rt_ipc_object中派生，由IPC容器所管理?；コ饬靠刂茐K中含有互斥量相關的重要參數(shù)，在互斥量功能的實現(xiàn)中起著重要的作用。互斥量相關接口如圖9-29所示。對一個互斥量的操作包含創(chuàng)建/初始化互斥量、獲取互斥量、釋放互斥量、刪除/脫離互斥量。9.7.5互斥量的管理方式圖9-29互斥量相關接口1．創(chuàng)建和刪除互斥量創(chuàng)建一個互斥量時，內(nèi)核首先創(chuàng)建一個互斥量控制塊，然后完成對該控制塊的初始化工作。創(chuàng)建互斥量使用下面的函數(shù)接口：rt_mutex_trt_mutex_create(constchar*name,rt_uint8_tflag);調(diào)用rt_mutex_create函數(shù)創(chuàng)建互斥量，分配并初始化mutex對象及IPC父類。flag為RT_IPC_FLAG_PRIO時，高優(yōu)先級線程優(yōu)先獲資源；為RT_IPC_FLAG_FIFO時，線程按先來先得順序獲資源。當不再使用互斥量時，可通過刪除互斥量以釋放系統(tǒng)資源，這適用于動態(tài)創(chuàng)建的互斥量。刪除互斥量使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_mutex_delete(rt_mutex_tmutex);當刪除一個互斥量時，所有等待此互斥量的線程都將被喚醒，等待線程獲得的返回值是-RTERROR。然后系統(tǒng)將該互斥量從內(nèi)核對象管理器鏈表中刪除并釋放互斥量占用的內(nèi)存空間。2．初始化和脫離互斥量靜態(tài)互斥量對象的內(nèi)存是在系統(tǒng)編譯時由編譯器分配的，一般位于讀寫數(shù)據(jù)段或未初始化數(shù)據(jù)段中。在使用這類靜態(tài)互斥量對象前，需要先進行初始化。初始化互斥量使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_mutex_init(rt_mutex_tmutex,constchar*name,rt_uint8_tflag);脫離互斥量使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_mutex_detach(rt_mutextmutex);3．獲取互斥量當線程獲取了互斥量，該線程就有了該互斥量的所有權，即某一時刻一個互斥量只能被一個線程持有。獲取互斥量使用下面的函數(shù)接口：

rt_err_trt_mutex_take(rt_mutex_tmutex,rt_int32_ttime);4．釋放互斥量當線程完成互斥資源的訪問后，應盡快釋放它占有的互斥量，使得其他線程能及時獲取該互斥量。釋放互斥量使用下面的函數(shù)接口：

rt_err_trt_mutex_release(rtmutex_tmutex);只有持有互斥量的線程才能釋放，釋放一次持有計數(shù)減1。計數(shù)為零時，互斥量變可用，等待線程被喚醒。持有時優(yōu)先級提升，釋放后優(yōu)先級恢復，防止優(yōu)先級反轉(zhuǎn)。該機制保障系統(tǒng)優(yōu)先級合理穩(wěn)定，避免長期優(yōu)先級異常。1.互斥量創(chuàng)建函數(shù)rt_mutex_create()rt_mutex_create()用于創(chuàng)建互斥量，保護臨界資源。用戶需定義互斥量句柄，指定互斥量名稱。創(chuàng)建成功返回互斥量句柄，否則返回RT_NULL。2.互斥量刪除函數(shù)rt_mutex_delete()rt_mutex_delete()根據(jù)互斥量句柄刪除互斥量，系統(tǒng)回收資源。刪除時，所有阻塞在互斥量的線程被喚醒，返回錯誤碼-RT_ERROR，互斥量句柄失效。9.7.6互斥量函數(shù)接口3.互斥量釋放函數(shù)rt_mutex_release()線程使用資源后調(diào)用rt_mutex_release()釋放互斥量。此函數(shù)減持有計數(shù)，持有計數(shù)為零時，互斥量變?yōu)殚_鎖狀態(tài)，等待線程被喚醒。線程優(yōu)先級恢復原設定。4.互斥量獲取函數(shù)rt_mutex_take()線程調(diào)用rt_mutex_take()獲取互斥量的所有權。當互斥量處于開鎖狀態(tài)時，線程可成功獲取。否則線程被掛起，等待持有線程釋放互斥量。持有值會遞增。9.8事件集事件集實現(xiàn)線程間同步通信，無數(shù)據(jù)傳輸。支持一對多、多對多同步，線程可等待任意或全部事件發(fā)生喚醒，多線程同步多事件。事件集合用32位無符號整型表示，每位代表一個事件。邏輯或為獨立型同步，任一事件發(fā)生喚醒線程；邏輯與為關聯(lián)型同步，所有事件發(fā)生喚醒線程。多線程環(huán)境下，線程之間往往需要同步操作，一個事件發(fā)生即是一個同步。事件可以提供一對多、多對多的同步操作。一對多同步模型：一個線程等待多個事件的觸發(fā)；多對多同步模型：多個線程等待多個事件的觸發(fā)。9.8.1事件集的基本概念線程可以通過創(chuàng)建事件來實現(xiàn)事件的觸發(fā)和等待操作。RT-Thread的事件僅用于同步，不提供數(shù)據(jù)傳輸功能。RT-Thread提供的事件集具有如下特點：（1）事件與線程相關聯(lián)，事件獨立。32位事件集合標識線程發(fā)生的事件類型，每位代表一種事件，0未發(fā)生，1已發(fā)生。（2）事件僅用于同步，不提供數(shù)據(jù)傳輸功能。（3）事件無排隊性，即多次向線程發(fā)送同一事件(如果線程還未來得及讀走)，等效于只發(fā)送一次。（4）允許多個線程對同一事件進行讀寫操作。（5）支持事件等待超時機制。接收事件時可按感興趣事件類型接收，成功后用RT_EVENT_FLAG_CLEAR清除已接收事件，否則不清除。用戶可自定義讀取模式，等待全部或任意感興趣事件。發(fā)送事件時設置對應位為1，可同時寫多個事件，觸發(fā)線程調(diào)度。清除事件時精準清零對應位，事件獨立管理，不綁定線程。事件集合為32位變量，每位表一事件，0未發(fā)生，1已觸發(fā)，支持最多32種事件。事件集合set（一個32位的變量）如圖9-30所示。9.8.2 事件集的工作機制圖9-30事件集合set（一個32位的變量）事件喚醒機制，當線程因為等待某個或者多個事件發(fā)生而進入阻塞態(tài)，當事件發(fā)生的時候會被喚醒，事件喚醒線程示意圖如圖9-31所示。圖9-31事件喚醒線程示意圖線程1用邏輯或(RT_EVENT_FLAG_OR)關注事件3或事件5，任一觸發(fā)即可喚醒線程并處理。線程2用邏輯與(RT_EVENT_FLAG_AND)關注事件3和事件5，需兩事件皆觸發(fā)才喚醒線程處理。僅有一個事件觸發(fā)時，線程2繼續(xù)等待另一個事件發(fā)生后才被喚醒。接收函數(shù)若option設置清除事件位，線程喚醒后事件3和事件5標志位會被清零防止重復處理。若不清除標志位，事件繼續(xù)保持設置狀態(tài)，允許其他線程后續(xù)喚醒處理這些事件。在RT-Thread中，事件集控制塊是操作系統(tǒng)用于管理事件的一個數(shù)據(jù)結(jié)構，由結(jié)構體structrt＿event表示。另外一種C表達方式rt＿eventt表示的是事件集的句柄，在C語言中的實現(xiàn)是事件集控制塊的指針。事件集控制塊結(jié)構的詳細定義如下。structrt_event{structrt_ipc_objectparent;/*繼承自rt_ipc_object類*//*事件集合，每一位表示1個事件，位的值可以標記某事件是否發(fā)生*/rt_uint32tset;};/*rt_eventt是指向事件結(jié)構體的指針類型*/9.8.3事件集控制塊typedefstructrt_event*rt_event_t;rt_event對象從rt_ipc_object中派生，由IPC容器所管理。事件集控制塊中含有與事件集相關的重要參數(shù)，在事件集功能的實現(xiàn)中起著重要的作用。事件集相關接口如圖9-32所示，對一個事件集的操作包含：創(chuàng)建/初始化事件集、發(fā)送事件、接收事件、刪除/脫離事件集。9.8.4事件集的管理方式圖9-32事件相關接口1．創(chuàng)建和刪除事件集當創(chuàng)建一個事件集時，內(nèi)核首先創(chuàng)建一個事件集控制塊，然后對該事件集控制塊進行基本的初始化，創(chuàng)建事件集使用下面的函數(shù)接口：rt_event_trt_eventcreate(constchar*name,rt_uint8_tflag);刪除事件集可以使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_event_delete(rtevent_tevent);2．初始化和脫離事件集靜態(tài)事件集對象的內(nèi)存是在系統(tǒng)編譯時由編譯器分配的，一般放于讀寫數(shù)據(jù)段或未初始化數(shù)據(jù)段中。在使用靜態(tài)事件集對象前，需要先對它進行初始化操作。初始化事件集使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_event_init(rt_eventtevent,constchar*name,rt_uint8_tflag);脫離事件集使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_eventdetach(rt_event_tevent);3．發(fā)送事件發(fā)送事件函數(shù)可以發(fā)送事件集中的一個或多個事件，如下：rt_err_trt_event_send(rt_event_tevent,rt_uint32_tset);使用該函數(shù)接口時，通過參數(shù)set指定的事件標志來設定event事件集對象的事件標志值，然后遍歷event事件集對象上的等待線程鏈表，判斷是否有線程的事件激活要求與當前event對象事件標志值匹配，如果有，則喚醒該線程。4．接收事件內(nèi)核用32位無符號整數(shù)表示事件集，每位代表一個事件。通過“邏輯與”或“邏輯或”參數(shù)，線程分別在所有或任一事件發(fā)生時被激活。接收事件使用下面的函數(shù)接口：rt_err_trt_event_recv(rt_event_tevent,rt_uint32_tset,rt_uint8_toption,rt_int32_ttimeout,rt_uint32_t*recved);1.事件創(chuàng)建函數(shù)rt_event_create()rt_event_create()用于創(chuàng)建事件對象。內(nèi)核初始化事件控制塊，成功時返回事件句柄，否則返回RT_NULL。需要定義指向事件控制塊的指針，即事件句柄。2.事件刪除函數(shù)rt_event_delete()rt_event_delete()用來刪除事件對象并釋放系統(tǒng)資源，需傳入事件句柄執(zhí)行刪除操作。此操作適用于一次性或不再使用事件，防止資源浪費和內(nèi)存泄漏，提高系統(tǒng)效率。9.8.5事件函數(shù)接口3.事件發(fā)送函數(shù)rt_event_send()rt_event_send()通過參數(shù)設定事件標志位，遍歷等待線程列表，喚醒符合條件的線程。即設置事件標志位為1，并查看是否有線程等待該事件，從而喚醒線程。4.事件接收函數(shù)rt_event_recv()rt_event_recv()檢查事件是否發(fā)生，并獲取事件標記。用戶通過“邏輯與”、“邏輯或”等操作接收感興趣的事件。函數(shù)實現(xiàn)了超時等待機制，返回RT_EOK,-RT_ETIMEOUT,或-RT_ERROR。9.9軟件定時器定時器，是指從指定的時刻開始，經(jīng)過一個指定時間，然后觸發(fā)一個超時事件，用戶可以自定義定時器的周期與頻率。類似生活中的鬧鐘，我們可以設置鬧鐘每天什么時候響，還能設置響的次數(shù)，是響一次還是每天都響。定時器有硬件定時器和軟件定時器之分：硬件定時器由芯片提供，外部晶振輸入時鐘，配置寄存器控制，到點觸發(fā)中斷，精度高達納秒級。軟件定時器基于硬件定時器，由系統(tǒng)提供接口，不受硬件資源限制，實現(xiàn)類似功能。9.9.1 軟件定時器的基本概念硬件定時器到時自動中斷，用戶在中斷中處理；軟件定時器指定超時函數(shù)，到時調(diào)用處理操作。軟件定時器觸發(fā)超時函數(shù)，依系統(tǒng)時鐘周期定時。超時函數(shù)快進快出，不能阻塞線程運行。定時周期是兩次超時函數(shù)觸發(fā)的Tick間隔，通?；赟ysTick作為基礎時鐘。RT-Thread操作系統(tǒng)提供軟件定時器功能，軟件定時器的使用相當于擴展了定時器的數(shù)量，允許創(chuàng)建更多的定時業(yè)務。RT-Thread軟件定時器具有如下功能：（1）靜態(tài)裁剪：能通過宏關閉軟件定時器功能。（2）軟件定時器創(chuàng)建。（3）軟件定時器啟動。（4）軟件定時器停止。（5）軟件定時器刪除。周期模式：這個定時器會按照設置的定時時間循環(huán)執(zhí)行超時函數(shù)，直到用戶將定時器刪除，軟件定時器的單次模式與周期模式如圖9-33所示。圖9-33軟件定時器的單次模式與周期模式RT-Thread創(chuàng)建定時器可選軟硬件，硬件定時器超時函數(shù)在中斷上下文，軟件定時器超時函數(shù)在線程上下文。RT-Thread中在rtdef.h中定義了相關的宏定義來選擇定時器的工作模式：（1）RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER為硬件定時器。（2）RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER為軟件定時器。軟件定時器為系統(tǒng)資源，創(chuàng)建時分配內(nèi)存。啟動后根據(jù)rt_tick和設定時間計算喚醒timeout，掛入rt_soft_timer_list列表。在RT-Thread定時器模塊中維護著兩個重要的全局變量：（1）rt_tick，它是一個32位無符號的變量，用于記錄當前系統(tǒng)經(jīng)過的tick時間，當硬件定時器中斷來臨時，它將自動增加1。（2）新激活的定時器按超時升序插入rt_soft_timer_list。定時器線程掃描首個定時器，超時則調(diào)用超時函數(shù)，否則線程休眠，因后續(xù)定時器時間更晚。9.9.2 軟件定時器的工作機制使用軟件定時器時候要注意以下幾點：（1）軟件定時器的超時函數(shù)中應快進快出，絕對不允許使用任何可能引軟件定時器起線程掛起或者阻塞的API接口，在超時函數(shù)中也絕對不允許出現(xiàn)死循環(huán)。（2）軟件定時器占用一個隊列和線程資源，線程優(yōu)先級默認RT_TIMER_THREAD_PRIO，確保定時器及時響應和平衡資源分配。（3）創(chuàng)建單次軟件定時器，該定時器超時執(zhí)行完超時函數(shù)后，系統(tǒng)會自動刪除該軟件定時器，并回收資源。（4）定時器線程的堆棧大小默認為RT_TIMER_THREAD_STACK_SIZE，512個字節(jié)。RT-Thread給用戶提供的只是一些基礎函數(shù)，使用任何一個內(nèi)核的資源都需要用戶自己去創(chuàng)建，就像線程、信號等這些RT-Thread的資源，所以，使用軟件定時器也是需要我們自己去創(chuàng)建的，軟件定時器的創(chuàng)建函數(shù)使用起來是很簡單的，軟件定時器的超時函數(shù)需要自己實現(xiàn)，軟件定時器的工作模式以及定時器的定時時間按需選擇即可。9.9.3 軟件定時器的使用9.10郵箱郵箱在操作系統(tǒng)中是一種常用的IPC通信方式，郵箱可以在線程與線程之間。郵箱通信開銷低效高，常用于線程間及中斷與線程間消息傳遞，適合傳指針等小數(shù)據(jù)。每封郵件固定4字節(jié)，適合存指針，大消息通過指針傳遞緩沖區(qū)地址。線程讀取郵箱消息，無郵件時按阻塞時間掛起，有消息時喚醒線程，屬于異步通信。郵箱支持多個郵件及多線程讀取，遵循FIFO原則，且線程優(yōu)先級高者優(yōu)先獲得郵件。9.9.1郵箱的基本概念RT-Thread中使用郵箱實現(xiàn)線程異步通信工作，具有如下特性：（1）郵件支持先進先出方式排隊與優(yōu)先級排隊方式，支持異步讀寫工作方式。（2）發(fā)送與接收郵件均支持超時機制。（3）一個線程能夠從任意一個消息隊列接收和發(fā)送郵件。（4）多個線程能夠向同一個郵箱發(fā)送郵件和從中接收郵件。（5）郵箱中的每一封郵件只能容納固定的4字節(jié)內(nèi)容（可以存放地址）。（6）當隊列使用結(jié)束后，需要通過刪除郵箱以釋放內(nèi)存。RT-Thread操作系統(tǒng)的郵箱用于線程間通信，特點是開銷比較低，效率較高。郵箱中的每一封郵件只能容納固定的4字節(jié)內(nèi)容（針對32位處理系統(tǒng)，指針的大小即為4個字節(jié)，所