nucleus plus学习总结"/>
nucleus plus学习总结
前言: 最近一直都在看nucleus plus,之前看过一些linux内核的一些东西,但都是停留在文字上,代码看的很少,这个nucleus plus内核的代码量不大,看过source code确实对很多OS的知识有了更深入的认识,收获还是挺多的,把学到的东西记录下来。 内容: 一、nucleus plus特点: 1.内核采用微内核的设计,方便移植,资料写着更reliable,但是我不这么认为,与linux相比,以ARM平台为例,NU只用到了SVC mode,内核与用户任务都运行在同一个状态下,也就是说所有的task都拥有访问任何资源的权限,这样很reliable么? 2.real-time OS,NU是一个软实时操作系统(VxWorks是硬实时),thread control component支持多任务以及任务的抢占,对于中断的处理定义了两种服务方式,LISR和HISR,这个与linux中的上、下半部机制类似,linux中的下半部是通过软中断来实现的,NU的HISR只是作为一种优先级总是高于task的任务出现。 3.NU是以library的方式应用的,通过写自己的app task与裁剪后的NU内核及组件链接起来,NU并没有CLI 二、组件 1.IN component 初始化组件由三个部分组成,硬件在reset后首先进入INT_initialize(),进行板级的相关初始化,首先设置SVC mode,关中断,然后将内核从rom中拷贝至ram中,建立bss段,依次建立sys stack, irq stack和fiq stack,最后初始化timer,建立timer HISR的栈空间,看了一下2410平台的代码,一个tick大概是15.8ms,完成板级的初始化后就进入了INC_initialize,初始化各个组件,其中包括Application initialize,create task和HISR,最后将控制权交给schedule,主要看了一下RAM中地址空间的安排 |timer HISR stack = 1024| |FIQ stack = 512| |IRQ stack = 1024| |SVC stack = 1024| |.bss| |.data| |.text| 其中SVC stack的大小与中断源的个数相关,nested irq发生时,irq_context保存在SVC stack中,IRQ的stack只是做了临时栈的作用。 2.thread control component TC组件是NU内核的最重要组成部分,主要涵盖了调度、中断、任务的相关操作、锁、时钟几个方面,下面分别介绍。 调度(schedule) NU中的线程类型(在同一个地址空间内)有两种,HISR和task,HISR可以理解为一种优先级较高的task,但又不是task,HISR优先级高于task的实现方式就是schdule时,先去查看当前是否有active的HISR,再去查看task。task有suspend、ready、finished和terminated四种状态,而HISR只有executing和no-active这两种状态。 每一个task都有一个线程控制的数据结构(TCB thread control block),其中包括了task的优先级、状态、时间片、task栈、protect信息、signal操作的标志位和signal_handler等,task在创建时初始化这些信息,将task挂到一个create_list上,初始设定task为pure_suspend,如果设定auto start,调用resume_task()唤醒task,这里有个细节, 如果在application initialize中create_task(),则task不会自动运行,因为初始化还未完成,控制权还没有交给schedule,无法调度task。task被唤醒后状态改变为ready,并挂在一个TCD_Priority_List[256]上,数组的每个元素是一个指向TCB环形双向链表的指针,根据task的tc_priority找到对应优先级的TCB head pointer。 每一个HISR都有一个HISR控制的数据结构(HCB HISR control block),其中只有优先级,HISR栈和HISR entry信息,因此HISR是不可以suspend,同时也没有time slice以及signal的相关操作,一般情况下当发生了中断后,HISR被activate,schedule就会调度HISR运行,期间如果不发生中断,HISR的执行是不会被打断的,HISR的优先级只有0、1、2,timer的HISR优先级为2,也就是说由外部中断激活的HISR很难被抢占的,只有更高优先级的中断HISR才可以。与task不同,被激活的HISR使用head_list和tail_list将HCB挂在一个单项的链表上,因为相同优先级的HISR不会抢占对方,因此不需要双向链表,使用两个指针目的是加快HISR执行的速度。 一个实时操作系统的核心就是对于任务的调度,NU的调度策略是time slice和round robin的算法, 调度的部分主要有三个函数control_to_system()用于保存上下文,建立solicited stack,关中断,关system time slice,并重置task的time slice为预设值,将sp更新为system_stack_pointer,调用schedule(),调度的过程是非常简单的查询,就是查看两个全局的变量,TCD_Execute_HISR和TCD_Execute_Task, schedule部分的关键是打开了中断,不然如果当前没有ready的task或是被激活的HISR,则shedule死循环下去,查询到下一个应该执行的线程后跳转至control_to_thread(),在这里重新开启system time slice,然后将线程的tc_stack_ptr加入到sp中,切换至线程的栈中,依次pop出来,即完成了任务调度。 任务的切换主要是上下文的切换,也就是task栈的切换,函数的调用会保存部分regs和返回地址,这些动作都是编译器来完成的,而OS中的任务切换是运行时(runtime)的一种状态变化,因此编译器也无能为力,所以对于上下文的保存需要代码来实现。 任务的抢占是异步的因此必须要通过中断来实现,一般每次timer的中断决定当前的task的slice time是否expired,然后设置TCT_Set_Execute_Task为相同优先级的其他task或更高优先级的task;高优先级的task抢占低优先级的task,一般是外部中断触发,在HISR中resume_task()唤醒高优先级的task,然后schedule到高优先级的task中,因为timer的HISR是在系统初始化就已经注册的,只是执行timeout和time slice超时后的操作,并没有执行resume_task的动作。 NU中的stack有两种solicited stack和interrupt stack,solicited stack是一种minmum stack,而interrupt stack是对当前所有寄存器全部保存,TCB中的minimum stack size = 申请得到stack size - solicited stack(在arm mode下占44字节,thumb mode下占48字节),thumb标志用来记录上下文保存时的ARM的工作模式,c代码编译为thumb模式,这样可以减小code size,提高代码密度,assembly代码编译为arm模式提升代码的效率,NU中内核的代码不多,主要是assembly代码。stack的类型与其中PC指向的shell无关,interrupt stack保存的是task或是HISR在执行的过程中被中断时的现场,solicited stack建立的地方包括 control_to_system()、schedule_protect()和send_signals()发送给占有protect资源的task的情况,HISR_Shell()执行完后会建立solicited stack,再跳转至schedule。- (Lower Address) Stack Top -> 1 (Interrupt stack type)
- CPSR Saved CPSR
- r0 Saved r0
- r1 Saved r1
- r2 Saved r2
- r3 Saved r3
- r4 Saved r4
- r5 Saved r5
- r6 Saved r6
- r7 Saved r7
- r8 Saved r8
- r9 Saved r9
- r10 Saved r10
- r11 Saved r11
- r12 Saved r12
- sp Saved sp
- lr Saved lr
- (Higher Address) Stack Bottom-> pc Saved pc
- (Lower Address) Stack Top -> 0 (Solicited stack type)
- !!FOR THUMB ONLY!! 0/0x20 Saved state mask
- r4 Saved r4
- r5 Saved r5
- r6 Saved r6
- r7 Saved r7
- r8 Saved r8
- r9 Saved r9
- r10 Saved r10
- r11 Saved r11
- r12 Saved r12
- (Higher Address) Stack Bottom-> pc Saved pc
更多推荐
nucleus plus学习总结
发布评论