使用STM32编写一个简单的RTOS:2.对象管理

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    • 内核对象管理架构
    • 代码分析

参考资料:RTT官网文档
关键字:分析RT-Thread源码、stm32、RTOS、对象管理器。

内核对象管理架构

RT-Thread 采用内核对象管理系统来访问 / 管理所有内核对象,内核对象包含了内核中绝大部分设施,这些内核对象可以是静态分配的静态对象,也可以是从系统内存堆中分配的动态对象。

通过这种内核对象的设计方式,RT-Thread 做到了不依赖于具体的内存分配方式,系统的灵活性得到极大的提高。

RT-Thread 内核对象包括:线程,信号量,互斥量,事件,邮箱,消息队列和定时器,内存池,设备驱动等。对象容器中包含了每类内核对象的信息,包括对象类型,大小等。对象容器给每类内核对象分配了一个链表,所有的内核对象都被链接到该链表上,如图 RT-Thread 的内核对象容器及链表如下图所示:
使用STM32编写一个简单的RTOS:2.对象管理_第1张图片
下图则显示了 RT-Thread 中各类内核对象的派生和继承关系。对于每一种具体内核对象和对象控制块,除了基本结构外,还有自己的扩展属性(私有属性),例如,对于线程控制块,在基类对象基础上进行扩展,增加了线程状态、优先级等属性。这些属性在基类对象的操作中不会用到,只有在与具体线程相关的操作中才会使用。因此从面向对象的观点,可以认为每一种具体对象是抽象对象的派生,继承了基本对象的属性并在此基础上扩展了与自己相关的属性。
使用STM32编写一个简单的RTOS:2.对象管理_第2张图片

在对象管理模块中,定义了通用的数据结构,用来保存各种对象的共同属性,各种具体对象只需要在此基础上加上自己的某些特别的属性,就可以清楚的表示自己的特征。

这种设计方法的优点有:

1、提高了系统的可重用性和扩展性,增加新的对象类别很容易,只需要继承通用对象的属性再加少量扩展即可。
2、提供统一的对象操作方式,简化了各种具体对象的操作,提高了系统的可靠性。

上图中由对象控制块 rt_object 派生出来的有:线程对象、内存池对象、定时器对象、设备对象和 IPC 对象(IPC:Inter-Process Communication,进程间通信。在 RT-Thread 实时操作系统中,IPC 对象的作用是进行线程间同步与通信);由 IPC 对象派生出信号量、互斥量、事件、邮箱与消息队列、信号等对象。

代码分析

内核对象容器的数据结构:

struct rt_object_information
{
/* 对象类型 /
enum rt_object_class_type type;
/
对象链表 /
rt_list_t object_list;
/
对象大小 */
rt_size_t object_size;
};
一类对象由一个 rt_object_information 结构体来管理,每一个这类对象的具体实例都通过链表的形式挂接在 object_list 上。而这一类对象的内存块尺寸由 object_size 标识出来(每一类对象的具体实例,他们占有的内存块大小都是相同的)。

官网文档已经写的比较详细了,这里就直接复制了。下面就以线程类型直接分析代码了。

#define _OBJ_CONTAINER_LIST_INIT(c)     \
    {&(rt_object_container[c].object_list), &(rt_object_container[c].object_list)}
struct rt_object_information rt_object_container[RT_Object_Class_Unknown] =
{
    /* initialize object container - thread */
    {RT_Object_Class_Thread, _OBJ_CONTAINER_LIST_INIT(RT_Object_Class_Thread), sizeof(struct rt_thread)},
...
}

在全局的对象容器中定义时就对其初始化了,_OBJ_CONTAINER_LIST_INIT这个宏里面的操作是将object_list的prev和next指向了自身。这里我们以 rt_object_init为例,和rt_object_allocate功能一样,只不过一个是静态一个是动态分配内存的。

rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread *thread, ...)
{
	...
	
	/* init thread object */
	rt_object_init((rt_object_t)thread, RT_Object_Class_Thread, name);
	...
}

void rt_object_init(struct rt_object         *object,
                    enum rt_object_class_type type,
                    const char               *name)
{
    ...
    information = &rt_object_container[type];
    ...

    /* insert object into information object list */
    rt_list_insert_after(&(information->object_list), &(object->list));
    ...
}

rt_object_init的作用就是在容器中找到其类型的头节点,通过rt_list_insert_after将线程插入对象容器中。
使用STM32编写一个简单的RTOS:2.对象管理_第3张图片

对象容器的代码比较少也比较简单,用对象容器主要是方便管理和查找同一类型的对象。

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