RT-Thread内核学习

一、概述

二、线程的组成

2.1、线程代码（入口函数）

2.2、线程控制块

2.3、线程栈

三、线程相关的API

3.1、线程的创建

3.2、状态的切换

四、注意事项与补充

4.1、动态创建与静态创建的优缺点比较？

4.2、系统滴答时钟频率的选取

4.3、线程栈大小分配的小策略

4.4、线程栈的数据具体是如何保存的？

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一、概述

线程是RT-Thread的核心部分，也是最基础的功能，系统都是围绕线程来构建的。

二、线程的组成

RT-Thread中，线程由三部分组成：

1、线程代码（入口函数）

2、线程控制块

3、线程堆栈

2.1、线程代码（入口函数）

线程代码是我们实现某个功能的代码实现，一般的入口函数都是无限循环结构，类似如下的代码：

1.  
   /* 线程1的入口函数 */
2.  
   static void thread1_entry(void *parameter)
3.  
   {
4.  
   rt_uint32_t count = 0;
5.  
    
6.  
   while (1)
7.  
   {
8.  
   /* 线程1采用低优先级运行，一直打印计数值 */
9.  
   rt_kprintf("thread1 count: %d ", count ++);
10.  
    rt_thread_mdelay(500);
11.  
    }
12.  
    }

当然也有顺序执行结构，一些只需要执行一次，就不使用循环，执行完一次后就会被回收，不再有效。

2.2、线程控制块

线程控制块是操作系统用于管理线程的一个数据结构，它会存放线程的一些信息，例如优先级、线程名称、线程状态等，也包括线程与线程之间连接用的链表结构、线程等待事件集合等。

1.  
   /**
2.  
   * Thread structure
3.  
   */
4.  
   struct rt_thread //线程结构体
5.  
   {
6.  
   /* rt object */
7.  
   char name[RT_NAME_MAX]; /**< the name of thread */
8.  
   rt_uint8_t type; /**< type of object */
9.  
   rt_uint8_t flags; /**< thread's flags */
10.  
     
11.  
    /*
12.  
    此处省略很多代码
13.  
    */
14.  
    };
15.  
    typedef struct rt_thread *rt_thread_t; //线程结构体指针

2.3、线程栈

RT-Thread 每个线程都具有独立的栈空间，当线程切换时，系统会将当前线程的上下文保存到线程栈中，当线程要恢复时，再从对应的线程栈中读取之前保存的上下文信息，从而恢复到被切换时的状态，完整的恢复线程的运行。

线程上下文是指线程执行时的环境，具体来说，就是各个变量和数据包的所有寄存器变量、堆栈信息、内存信息等。（注：这里要好好研究一下，比如具体保存哪些，如何实现等，深究一下）

线程栈在形式上是一段连续的内存空间，可以通过定义一个数组或者申请一段动态内存来作为线程的栈。

三、线程相关的API

3.1、线程的创建

3.1.1、创建静态线程，初始化函数如下：

1.  
   rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread *thread, //线程控制块指针
2.  
   const char *name, //线程名
3.  
   void (*entry)(void *parameter), //入口函数
4.  
   void *parameter, //入口函数参数
5.  
   void *stack_start, //栈地址
6.  
   rt_uint32_t stack_size, //栈大小（单位：字节）
7.  
   rt_uint8_t priority, //优先级
8.  
   rt_uint32_t tick) //时间片数（单位：系统滴答）

初始化前提，需要定义线程控制块、栈（这里一般是数组）、入口函数，举例如下：

1.  
   /* 定义线程控制块 */
2.  
   static struct rt_thread led1_thread;
3.  
   /* 定义线程控栈时要求RT_ALIGN_SIZE个字节对齐 */
4.  
   ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
5.  
   /* 定义线程栈 */
6.  
   static rt_uint8_t rt_led1_thread_stack[1024];
7.  
   /* 函数声明 */
8.  
   static void led1_thread_entry(void* parameter);

3.1.2、创建动态线程，初始化函数如下：

1.  
   //返回线程控制块指针
2.  
   rt_thread_t rt_thread_create(const char *name, //线程名字
3.  
   void (*entry)(void *parameter), //线程入口函数
4.  
   void *parameter, //入口函数参数
5.  
   rt_uint32_t stack_size, //栈大小
6.  
   rt_uint8_t priority, //优先级
7.  
   rt_uint32_t tick) //时间片

初始化前提，需要定义线程控制块指针、入口函数，举例如下：

1.  
   /* 定义线程控制块 */
2.  
   static rt_thread_t led1_thread = RT_NULL;
3.  
   /* 函数声明 */
4.  
   static void led1_thread_entry(void* parameter);

3.2、状态的切换

3.2.1、比较常用的是启动函数，传入的参数是线程控制块指针。

1.  
   /* 启动线程，开启调度 */
2.  
   if (led1_thread != RT_NULL)
3.  
   rt_thread_startup(led1_thread);

3.2.2、别的导致线程状态切换的API如下：

3.3、钩子函数

3.3.1、空闲线程的钩子函数

空闲钩子函数是空闲线程的钩子函数，如果设置了空闲钩子函数，就可以在系统执行空闲线程时，自动执行空闲钩子函数来做一些其他事情，比如系统指示灯等。API如下：

1.  
   rt_err_t rt_thread_idle_sethook(void (*hook)(void)); //hook为自己定义的函数
2.  
   rt_err_t rt_thread_idle_delhook(void (*hook)(void));

空闲线程的优先级是最低的。最多可以设计四个空闲线程的钩子函数（why？） 。

3.3.2、调度器的钩子函数

在整个系统的运行时，系统都处于线程运行、中断触发 - 响应中断、切换到其他线程，甚至是线程间的切换过程中，或者说系统的上下文切换是系统中最普遍的事件。有时用户可能会想知道在一个时刻发生了什么样的线程切换，可以通过调用下面的函数接口设置一个相应的钩子函数。在系统线程切换时，这个钩子函数将被调用：

void  rt_scheduler_sethook(void (*hook)(struct rt_thread* from, struct rt_thread* to));

钩子函数 hook() 的声明如下：

void hook(struct rt_thread* from, struct rt_thread* to);

注意： 请仔细编写你的钩子函数，稍有不慎将很可能导致整个系统运行不正常（在这个钩子函数中，基本上不允许调用系统 API，更不应该导致当前运行的上下文挂起）。

调度器的钩子函数只能设置一个。

四、注意事项与补充

4.1、动态创建与静态创建的优缺点比较？

待续

4.2、系统滴答时钟频率的选取

操作系统都存在一个叫做“系统心跳”的时钟，它是操作系统的最小时钟单位，负责系统和时间相关的一些操作，这个心跳时钟一般是由硬件定时器的中断来产生的。

时钟节拍使得内核可以将线程延时若干个整数时钟节拍，以及线程等待事件时提供等待超时的依据。

系统的心跳时钟也成为系统滴答或时钟节拍，它的频率，我们要根据cpu的处理能力来决定（比如72MHz的STM32F1，我们常设置每个滴答时间为10ms）。

频率越快，内核函数介入系统运行的几率越大，内核占用处理器的时间就越长，系统的负荷越高，也就是说本该处理应用的计算资源更多的被内核占用。

但频率越低，时间处理的精度又不够，也可能会造成系统响应迟钝。

4.3、线程栈大小分配的小策略

先将线程栈大小设置成一个比较大的值（比如2048），在线程运行时查看线程栈的使用情况（如下图），根据情况设置合理的栈大小，一般使线程栈使用最大量设置为70%左右比较合适。

4.4、线程栈的数据具体是如何保存的？