RT-Thread内核之线程调度(五)

scheduler.c分析
/**
 * 中断嵌套的层数
 */
extern volatile rt_uint8_t rt_interrupt_nest;
extern int __rt_ffs(int value);

/**
 * 调度器锁的层数
 */
static rt_int16_t rt_scheduler_lock_nest;

/**
 * 线程优先级链表数组: 是一个含有RT_THREAD_PRIORITY_MAX
 * 个数组元素的链表
 */
rt_list_t rt_thread_priority_table[RT_THREAD_PRIORITY_MAX];

/**
 * 指向当前正在运行的线程
 */
struct rt_thread *rt_current_thread;

/**
 * 当前的优先级
 */
rt_uint8_t rt_current_priority;

/** 最大支持256个优先级: 任务的个数没限制 */
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
rt_uint32_t rt_thread_ready_priority_group;
rt_uint8_t rt_thread_ready_table[32];
#else
/** 最大支持32个优先级 */
rt_uint32_t rt_thread_ready_priority_group;
#endif

/**
 * 僵尸线程链表
 */
rt_list_t rt_thread_defunct;
#ifdef RT_USING_HOOK
static void (*rt_scheduler_hook)(struct rt_thread *from, struct rt_thread *to);

/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_scheduler_sethook
** 函数功能: 设置调度器的钩子函数
** 入口参数: hook 钩子函数指针
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_scheduler_sethook(void (*hook)(struct rt_thread *from, struct rt_thread *to))
{
    rt_scheduler_hook = hook;


#ifdef RT_USING_OVERFLOW_CHECK
/*******************************************************************************************
** 函数名称: _rt_scheduler_stack_check
** 函数功能: 调度器栈检查
** 入口参数: thread 线程对象句柄
** 返 回 值: 无
** 调    用: rt_schedule
*******************************************************************************************/
static void _rt_scheduler_stack_check(struct rt_thread *thread)
{
    /** 参数检查 */
    RT_ASSERT(thread != RT_NULL);
    if ((rt_uint32_t)thread->sp <= (rt_uint32_t)thread->stack_addr || (rt_uint32_t)thread->sp >
        (rt_uint32_t)thread->stack_addr + (rt_uint32_t)thread->stack_size) {
       
        rt_uint32_t level;
        rt_kprintf("thread:%s stack overflow\n", thread->name);
        #ifdef RT_USING_FINSH
        {
            extern long list_thread(void);
            list_thread();
        }
        #endif
        level = rt_hw_interrupt_disable();
        while (level);
    } else if ((rt_uint32_t)thread->sp <= ((rt_uint32_t)thread->stack_addr + 32)) {
        rt_kprintf("warning: %s stack is close to end of stack address.\n",
                   thread->name);
    }
}
#endif 

/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_system_scheduler_init
** 函数功能: 系统调度器初始化
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 无
** 调    用: rtthread_startup
*******************************************************************************************/
void rt_system_scheduler_init(void)
{
    register rt_base_t offset;
    /** 调度器锁的层数初始化为0 */
    rt_scheduler_lock_nest = 0;
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER, ("start scheduler: max priority 0x%02x\n",
                                      RT_THREAD_PRIORITY_MAX));
    /** 初始化优先级链表数组 */
    for (offset = 0; offset < RT_THREAD_PRIORITY_MAX; offset ++) {
        rt_list_init(&rt_thread_priority_table[offset]);
    }
    /** 系统当前优先级为RT_THREAD_PRIORITY_MAX-1 */
    rt_current_priority RT_THREAD_PRIORITY_MAX - 1;

    /** 当前线程指针为RT_NULL */
    rt_current_thread = RT_NULL;

    /** 初始化就绪组 */
    rt_thread_ready_priority_group = 0;

#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
    /** 初始化就绪表 */
    rt_memset(rt_thread_ready_table, 0, sizeof(rt_thread_ready_table));
#endif
    /** 初始化僵尸线程链表 */
    rt_list_init(&rt_thread_defunct);


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_system_scheduler_init
** 函数功能: 系统调度器初始化
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 无
** 调    用: rtthread_startup
*******************************************************************************************/
void rt_system_scheduler_init(void)
{
    register rt_base_t offset;

    /** 调度器锁的层数初始化为0 */
    rt_scheduler_lock_nest = 0;
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER, ("start scheduler: max priority 0x%02x\n",
                                      RT_THREAD_PRIORITY_MAX));

    /** 初始化优先级链表数组 */
    for (offset = 0; offset < RT_THREAD_PRIORITY_MAX; offset ++) {
        rt_list_init(&rt_thread_priority_table[offset]);
    }

    /** 系统当前优先级为RT_THREAD_PRIORITY_MAX-1 */
    rt_current_priority RT_THREAD_PRIORITY_MAX - 1;

    /** 当前线程指针为RT_NULL */
    rt_current_thread = RT_NULL;

    /** 初始化就绪组 */
    rt_thread_ready_priority_group = 0;
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
    /** 初始化就绪表 */
    rt_memset(rt_thread_ready_table, 0, sizeof(rt_thread_ready_table));
#endif

    /** 初始化僵尸线程链表 */
    rt_list_init(&rt_thread_defunct);

/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_schedule
** 函数功能: 执行一次线程调度
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_schedule(void)
{
    rt_base_t level;
    struct rt_thread *to_thread;
    struct rt_thread *from_thread;
    /** 禁止全局中断 */
    level = rt_hw_interrupt_disable();
    /** 检查调度器是否上锁,如果没有上锁执行调度
     * 如果被上锁,直接退出
     */
    if (rt_scheduler_lock_nest == 0) {
 
        register rt_ubase_t highest_ready_priority;
        /** 计算出系统线程中的最高优先级 */
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX <= 32
        highest_ready_priority = __rt_ffs(rt_thread_ready_priority_group) - 1;
#else
        register rt_ubase_t number;
        number = __rt_ffs(rt_thread_ready_priority_group) - 1;
        highest_ready_priority = (number << 3) + __rt_ffs(rt_thread_ready_table[number]) - 1;
#endif
        /** 由优先级找到对应的线程句柄 */
        to_thread = rt_list_entry(rt_thread_priority_table[highest_ready_priority].next,
                                  struct rt_thread,
                                  tlist);
        /** 如果最高优先级线程非当前线程,切换到新线程去执行 */
        if (to_thread != rt_current_thread) {
   
            rt_current_priority = (rt_uint8_t)highest_ready_priority;
            from_thread         = rt_current_thread;
            rt_current_thread   = to_thread;
            RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_scheduler_hook, (from_thread, to_thread));
            RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER,
                         ("[%d]switch to priority#%d "
                          "thread:%.*s(sp:0x%p), "
                          "from thread:%.*s(sp: 0x%p)\n",
                          rt_interrupt_nest, highest_ready_priority,
                          RT_NAME_MAX, to_thread->name, to_thread->sp,
                          RT_NAME_MAX, from_thread->name, from_thread->sp));
#ifdef RT_USING_OVERFLOW_CHECK
            _rt_scheduler_stack_check(to_thread);
#endif
            /** 如果中断嵌套的层数为0,为正常的上下文切换 */
            if (rt_interrupt_nest == 0) {
                rt_hw_context_switch((rt_uint32_t)&from_thread->sp,
                                     (rt_uint32_t)&to_thread->sp);
            } else {
              /** 如果中断嵌套的层数不为0,说明是在中断处理中进行的任务切换
               * 调用中断上下文切换函数
               */
                RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER, ("switch in interrupt\n"));
                rt_hw_context_switch_interrupt((rt_uint32_t)&from_thread->sp,
                                               (rt_uint32_t)&to_thread->sp);
            }
        }
    }
    /** 使能全局中断 */
    rt_hw_interrupt_enable(level);


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_schedule_insert_thread
** 函数功能: 将线程插入到就绪队列中
** 入口参数: thread 线程对象句柄
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_schedule_insert_thread(struct rt_thread* thread)
{
    register rt_base_t temp;

    /** 参数检查 */
    RT_ASSERT(thread != RT_NULL);

    /** 禁止全局中断 */
    temp = rt_hw_interrupt_disable();

    /** 设置线程的状态为就绪态 */
    thread->stat = RT_THREAD_READY;

    /** 将线程插入到优先级队列中 */
    rt_list_insert_before(&(rt_thread_priority_table[thread->current_priority]),
                          &(thread->tlist));
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX <= 32
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER, ("insert thread[%.*s], the priority: %d\n",
                                      RT_NAME_MAX, thread->name, thread->current_priority));
#else
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER,
                 ("insert thread[%.*s], the priority: %d 0x%x %d\n",
                  RT_NAME_MAX,
                  thread->name,
                  thread->number,
                  thread->number_mask,
                  thread->high_mask));
#endif
    /** 设置就绪表和就绪组 */
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
    rt_thread_ready_table[thread->number] |= thread->high_mask;
#endif
    rt_thread_ready_priority_group |= thread->number_mask;

    /** 使能全局中断 */
    rt_hw_interrupt_enable(temp);


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_schedule_remove_thread
** 函数功能: 将线程从就绪队列中移除
** 入口参数: thread 线程对象句柄
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_schedule_remove_thread(struct rt_thread* thread)
{
    register rt_base_t temp;
    RT_ASSERT(thread != RT_NULL);

    /** 禁止全局中断 */
    temp = rt_hw_interrupt_disable();

#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX <= 32
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER, ("remove thread[%.*s], the priority: %d\n",
                                      RT_NAME_MAX, thread->name,
                                      thread->current_priority));
#else
    RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_SCHEDULER,
                 ("remove thread[%.*s], the priority: %d 0x%x %d\n",
                  RT_NAME_MAX,
                  thread->name,
                  thread->number,
                  thread->number_mask,
                  thread->high_mask));
#endif

    /** 将线程从就绪队列中移除 */
    rt_list_remove(&(thread->tlist));
    if (rt_list_isempty(&(rt_thread_priority_table[thread->current_priority]))) {
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
        rt_thread_ready_table[thread->number] &= ~thread->high_mask;
        if (rt_thread_ready_table[thread->number] == 0) {
            rt_thread_ready_priority_group &= ~thread->number_mask;
        }
#else
        rt_thread_ready_priority_group &= ~thread->number_mask;
#endif
    }
    /** 使能全局中断 */
    rt_hw_interrupt_enable(temp);


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_enter_critical
** 函数功能: 进入临界区
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_enter_critical(void)
{
    register rt_base_t level;

    /** 禁止全局中断 */
    level = rt_hw_interrupt_disable();

    /** 调度器锁的层数加1 */
    rt_scheduler_lock_nest++;

    /** 使能全局中断 */
    rt_hw_interrupt_enable(level);


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_exit_critical
** 函数功能: 退出临界区
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 无
** 调    用:
*******************************************************************************************/
void rt_exit_critical(void)
{
    register rt_base_t level;

    /** 禁止全局中断 */
    level = rt_hw_interrupt_disable();

    /** 调度器锁层数减1 */
    rt_scheduler_lock_nest--;

    /** 当调度器锁的值小于等于0时会触发调度 */
    if (rt_scheduler_lock_nest <= 0) {
        rt_scheduler_lock_nest = 0;

        /** 使能全局中断 */
        rt_hw_interrupt_enable(level);
 
        /** 调度 */
        rt_schedule();
    } else {
        /** 使能全局中断 */
        rt_hw_interrupt_enable(level);
    }
}


/*******************************************************************************************
** 函数名称: rt_critical_level
** 函数功能: 获取调度器锁层数
** 入口参数: 无
** 返 回 值: 调度器锁的层数
** 调    用:
*******************************************************************************************/
rt_uint16_t rt_critical_level(void)
{
    return rt_scheduler_lock_nest;

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