【连载】嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例（四）：初探进程

RaymondKwan · 发表于 2014-8-16 01:41:58

进程是一个运行中的程序。在RTX中，一个task就是一个进程。
1.理论

进程，英文称呼很多Process, Task等等，一般通用操作系统称Process的比较多，各种称呼涵义稍微有不一样。一般而言，进程是对一个运行单元的抽象，主要包括内存（code,data,heap和stack），CPU状态（PC,SP和寄存器值等）与其他OS管理相关的内容。进程是一个运行中的程序。在RTX中，一个task就是一个进程。

一般我们有一个进程控制块（Process control block，PCB），用于记录进程的相关信息。在RTX上，这个控制块叫做task control block（TCB），是一个结构体，其中的成员记录了关于该task的信息，其定义在rt_TypeDef.h中：

[cpp][/cpp]
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typedef struct OS_TCB {
/* General part: identical for all implementations. */
U8 cb_type; /* Control Block Type */
U8 state; /* Task state */
U8 prio; /* Execution priority */
U8 task_id; /* Task ID value for optimized TCB access */
struct OS_TCB *p_lnk; /* Link pointer for ready/sem. wait list */
struct OS_TCB *p_rlnk; /* Link pointer for sem./mbx lst backwards */
struct OS_TCB *p_dlnk; /* Link pointer for delay list */
struct OS_TCB *p_blnk; /* Link pointer for delay list backwards */
U16 delta_time; /* Time until time out */
U16 interval_time; /* Time interval for periodic waits */
U16 events; /* Event flags */
U16 waits; /* Wait flags */
void **msg; /* Direct message passing when task waits */
struct OS_MUCB *p_mlnk; /* Link pointer for mutex owner list */
U8 prio_base; /* Base priority */
U8 ret_val; /* Return value upon completion of a wait */
/* Hardware dependant part: specific for CM processor */
U8 ret_upd; /* Updated return value */
U16 priv_stack; /* Private stack size, 0= system assigned */
U32 tsk_stack; /* Current task Stack pointer (R13) */
U32 *stack; /* Pointer to Task Stack memory block */
/* Task entry point used for uVision debugger */
FUNCP ptask; /* Task entry address */
} *P_TCB;

typedef struct OS_TCB {/* General part: identical for all implementations. */U8 cb_type; /* Control Block Type */U8 state; /* Task state */U8 prio; /* Execution priority */U8 task_id; /* Task ID value for optimized TCB access */struct OS_TCB *p_lnk; /* Link pointer for ready/sem. wait list */struct OS_TCB *p_rlnk; /* Link pointer for sem./mbx lst backwards */struct OS_TCB *p_dlnk; /* Link pointer for delay list */struct OS_TCB *p_blnk; /* Link pointer for delay list backwards */U16 delta_time; /* Time until time out */U16 interval_time; /* Time interval for periodic waits */U16 events; /* Event flags */U16 waits; /* Wait flags */void **msg; /* Direct message passing when task waits */struct OS_MUCB *p_mlnk; /* Link pointer for mutex owner list */U8 prio_base; /* Base priority */U8 ret_val; /* Return value upon completion of a wait ** Hardware dependant part: specific for CM processor */U8 ret_upd; /* Updated return value */U16 priv_stack; /* Private stack size, 0= system assigned */U32 tsk_stack; /* Current task Stack pointer (R13) */U32 *stack; /* Pointer to Task Stack memory block ** Task entry point used for uVision debugger */FUNCP ptask; /* Task entry address */} *P_TCB;
还是比较一目了然。
一个进程会有它自己的周期，会处在不同的进程状态（state，见上面的state成员），不同的状态有不同的意味，不同的状态间可以相互转换。
在RTX中，task的状态是在rt_Task.h中定义的，一共有10种：
[cpp][/cpp]
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/* Values for 'state' */
#define INACTIVE 0
#define READY 1
#define RUNNING 2
#define WAIT_DLY 3
#define WAIT_ITV 4
#define WAIT_OR 5
#define WAIT_AND 6
#define WAIT_SEM 7
#define WAIT_MBX 8
#define WAIT_MUT 9

/* Values for 'state' */

#define INACTIVE 0

#define READY 1

#define RUNNING 2

#define WAIT_DLY 3

#define WAIT_ITV 4

#define WAIT_OR 5

#define WAIT_AND 6

#define WAIT_SEM 7

#define WAIT_MBX 8

#define WAIT_MUT 9

简单说来，可以分为4大类，inactive（进程被清理），ready（就绪），running（执行）和waiting（等待）。状态3至9都可以归为等待状态，区别在于他们等待的东西不同，从等待状态触发到就绪状态的条件不同。

进程的创建和消灭都是主要都牵涉到内存分配，排程器的安排，TCB的处理等等，需要具体的OS具体的分析，我们这里贴一下RTX进程创建的源代码：

[cpp][/cpp]
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OS_TID rt_tsk_create (FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv) {
/* Start a new task declared with "task". */
P_TCB task_context;
U32 i;
/* Priority 0 is reserved for idle task! */
if ((prio_stksz & 0xFF) == 0) {
prio_stksz += 1;
}
task_context = rt_alloc_box (mp_tcb);
if (task_context == NULL) {
return (0);
}
/* If "size != 0" use a private user provided stack. */
task_context->stack = stk;
task_context->priv_stack = prio_stksz >> 8;
/* Pass parameter 'argv' to 'rt_init_context' */
task_context->msg = argv;
/* For 'size == 0' system allocates the user stack from the memory pool. */
rt_init_context (task_context, prio_stksz & 0xFF, task);
/* Find a free entry in 'os_active_TCB' table. */
i = rt_get_TID ();
os_active_TCB[i-1] = task_context;
task_context->task_id = i;
DBG_TASK_NOTIFY(task_context, __TRUE);
rt_dispatch (task_context);
os_tsk.run->ret_val = i;
return ((OS_TID)i);
}

OS_TID rt_tsk_create (FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv) {/* Start a new task declared with "task". */P_TCB task_context;U32 i;/* Priority 0 is reserved for idle task! */if ((prio_stksz & 0xFF) == 0) {prio_stksz += 1;}task_context = rt_alloc_box (mp_tcb);if (task_context == NULL) {return (0);}/* If "size != 0" use a private user provided stack. */task_context->stack = stk;task_context->priv_stack = prio_stksz >> 8;/* Pass parameter 'argv' to 'rt_init_context' */task_context->msg = argv;/* For 'size == 0' system allocates the user stack from the memory pool. */rt_init_context (task_context, prio_stksz & 0xFF, task);/* Find a free entry in 'os_active_TCB' table. */i = rt_get_TID ();os_active_TCB[i-1] = task_context;task_context->task_id = i;DBG_TASK_NOTIFY(task_context, __TRUE);rt_dispatch (task_context);os_tsk.run->ret_val = i;return ((OS_TID)i);}
基本就是填TCB，分配内存空间，确定优先级和排程相关设置，这里就不深入分析。消灭进程的源代码也是类似的。
2.进程相关的基本操作
之前讲到，进程在RTX里的基本形式是：
[cpp][/cpp]
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__task void task(void){
for(;;){
//...
}
}

OS_TID taskID1;OS_TID taskID2;__task void init (void) { //Necessary Initialization //... //Create a task taskID1 = os_tsk_create(task1, 0); taskID2 = os_tsk_create(task2, 0); os_tsk_delete_self (); // Delete the init(self) task}int main(void){ //Necessary Initialization //... os_sys_init(init);}

进程相关操作就是RTX提供的围绕这样一个task的一些基本操作，例如创建，消灭等等。

从应用角度来说，了解以下进程基本操作就足够了：

1.创建

最主要的是这个：

os_tsk_create(task_name,priority);

把函数名填入，和进程的优先度，优先度后面的笔记会介绍。

如果留心看源代码，其实源代码的create操作要求一共4个参数(FUNCP task, U32 prio_stksz, void *stk, void *argv)。我们最基本的这个创建函数并没有接受后两个参数。如果实在有需要，有以下另外三个相关的操作：

os_tsk_create_ex(task_name,priority,para);

这个是用于传递一个初始参数para给相关进程的。例如你有一个LED_On的进程，而你有4个LED，你只有在创建进程时才能决定，你点亮的是哪个LED，那么就可以用这个操作，通过传递参数来决定具体要亮哪个LED。

os_tsk_create_user(task_name,priority,&stack,sizeof(stack));

这个是用来给进程创建自定义stack的。需要传递stack的地址和大小。

os_tsk_create_user_ex(task_name,priority,&stack,sizeof(stack),para);

这个明显就是上面两个的结合。

以上这些创建操作，返回类型都是OS_TID，进程ID，实际值从0到255。所以可以先声明一个该类型的值，然后创建进程时让其返回该值。

2.消灭

os_tsk_delete(taskID);

填入你要消灭的进程的进程ID，TID。

如果要消灭进程本身，用：

os_tsk_delete_self();

注意，RTX的消灭进程并不清理互斥锁或者信号灯的占有的。所以在消灭一个进程前，确定进程释放了所有资源。内存资源会被这两个操作释放，所以不用担心。

3.杂项

如果想要知道当前进程的ID，使用以下操作：

os_get_TID();

还有一个非常重要的：

os_sys_init(first_task);

这个操作初始化整个RTX，如果不在main中执行这一操作，一切都是空谈。该操作会创建第一个进程，也就是first_task。

一般而言，进程可以创造别的进程，也可以消灭别的进程。但进程只能够消灭本身，而不能创造本身。所以就需要有一个操作去创建第一个进程，然后别的进程可由这个第一个进程去创造。

3.一个完整的例子

一下是一个从初始化，到创建第一个进程，到第一个进程创建别的进程，最后消灭自己的一个例子：

[cpp][/cpp]

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OS_TID taskID1;
OS_TID taskID2;
__task void init (void) {
//Necessary Initialization
//...
//Create a task
taskID1 = os_tsk_create(task1, 0);
taskID2 = os_tsk_create(task2, 0);
os_tsk_delete_self (); // Delete the init(self) task
}
int main(void)
{
//Necessary Initialization
//...
os_sys_init(init);
}

OS_TID taskID1;OS_TID taskID2;__task void init (void) { //Necessary Initialization //... //Create a task taskID1 = os_tsk_create(task1, 0); taskID2 = os_tsk_create(task2, 0); os_tsk_delete_self (); // Delete the init(self) task}int main(void){ //Necessary Initialization //... os_sys_init(init);}

这个简单的例子足够应付最基本使用RTX的需求了。

关于RTX的排程，优先度，内存分配和一些OS原语，在后面的笔记会记录。

【连载】嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例（四）：初探进程

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