嵌入式开发系列教程（六） 并发模型之多线程

对于学习，我有一个观点，便是学习一项技能，就要学习它的历史，这样才能搞清楚他的来龙去脉，理解他当下为什么是这个样子。

对于嵌入式编程来讲更是这样，单片机性能相当于早期的计算机，嵌入式程序员所面临的环境相当于早期的计算机程序员。我们可以从那里获得较好的经验。

在前面，我们探讨了回调和协程两种并发模型。对于复杂程序，回调模型实现困难，可读性不高，为此我们引入了协程模型。

我们还是沿用上一节的例子，对于一个LED，先点亮3s，再熄灭5s，然后点亮5s，再熄灭3s。我们希望得到的代码是样的

void LedFlash()
{
    LedOn();
    delay(3); 
    LedOff();
    delay(5);  
    LedOn();
    delay(5);   
    LedOff();
    delay(3);   
}

在上一节，我们利用协程模型得到了这样的代码

void LedFlash()
{
    Begin();
    LedOn();
    setTimerEvent(3000,LedFlash); //定时3s，3s后定时器系统再调用LedFlash函数
    Yield();     //yield，让出CPU,对应代码我们可以看到是return返回
    LedOff();  //3s后，LedFlash函数会根据state直接执行这一行  
    setTimerEvent(5000,LedFlash);  
    Yield();     //yield，让出CPU 
    LedOn();    
    setTimerEvent(5000,LedFlash);
    Yield();     //yield，让出CPU
    LedOff();   
    setTimerEvent(3000,LedFlash);
    Yield();     //yield，让出CPU
    End();

}

对比两段代码，我们会发现，协程模型多了Begin、setTimerEvent、Yield、End等函数语义。
同时，我们可以观察到，线程模型的delay函数实现了Yield、setTimerEvent语义。

也就是说，delay函数，让出了CPU，并会在定时结束后，自动回到该函数继续执行。这是怎样实现的呢？

void delay(int ms){
    setTimerEvent(ms,LedFlash);  //delay函数需要‘记得’在延时到期后执行delay后的语句
    Yield();     //yield，让出CPU //让出CPU，协程模型时我们是用的return呢？
}

• delay函数需要‘记得’在延时到期后执行delay后的语句，这应该怎样实现呢？
• 让出CPU，在协程模型中我们用的return，可在这里应该怎样实现呢?

我们再单片机的C语言一节中，讲述了单片机的C语言模型。这里我们再回忆一遍。

• 单片机上有PC寄存器，记录指令地址，用于取指，有SP寄存器用于记录栈。
• CPU在执行指令期间，会产生一些临时数据，一般都放置在栈，堆、bss空间。
• 我们把上述CPU执行过程中用到的资源，称作运行上下文。

这样我们便可以得到一个结构体，记录上下文

struct context{
    int pc;
    int sp;
    void *begin_bss;
    void *end_bss;
    void *heap; 
    ....
};

• 需要有一个当前上下文 struct context *current，记录当前执行序列的栈，堆，bss段等空间
• 一个线程便是一个指令执行序列，需要一个上下文
• 线程切换，便是将就绪线程的上下文机构，赋值给当前上下文结构，然后，执行PC跳转。
• struct context相当于模拟了单片机的寄存器，内存等基本硬件。一个结构对应一套资源，只不过缺少CPU，对于CPU的复用，得从时间上来看，1ms执行序列（线程）A，1ms执行序列（线程）B，这样对于1s这个时段来说，A、B是同时执行的，他们共享了CPU。
• 上下文切换需要对相当多的内容进行赋值，消耗是比较大的。

void delay(int ms){
    Yield();     //这里可以是 线程切换
    setTimerEvent(ms,LedFlash);  //再切换后来时，PC指针记录了当前位置，知道该执行哪条指令

delay函数让出了CPU，这是一个主动过程，对于多线程来讲，任务切换是需要调度器的。

• 调度器后台执行，记录所有线程。
• 利用定时器，实现一个100ms的定时器，我们称为时钟滴答，定时到了，遍历所有线程，检测该执行哪一个。
• delay这类函数，会主动让出CPU，完成任务切换
• 调度器，会根据某个线程的执行时间，优先级来对其进行调度。强制完成线程切换。

到这里，我们还有一个东西没有说，便是线程的同步。不过根据这篇文章，你应该对线程有了一个基本的认识，线程同步是个复杂的问题，需要的是更多的思考和练习，这里便不多做介绍了。

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