下半部机制之微线程

微线程(tasklet)是一种更通用的下半部机制,大多数情况下应该优先使用微线程,只有在对性能要求非常高的时候才考虑使用软中断。然而,微线程是基于软中断的,它实际上是一个软中断。内核中的微线程用两个软中断表示:HI_SOFTIRQTASKLET_SOFTIRQ。两者唯一的区别在于HI_SOFTIRQ优先级要高些。

数据结构

struct tasklet_struct {


struct tasklet_struct *next;

/*next tasklet in the list */

unsigned long state;

/*state of the tasklet */

atomic_t count;

/*reference counter */

void(*func)(unsigned long);

/*tasklet handler function */

unsigned long data;

/*argument to the tasklet function */

};


状态state的值可为0TASKLET_STATE_SCHED,TASKLET_STATE_RUNTASKLET_STATE_SCHED表示某个微线程将被调度运行,而TASKLET_STATE_RUN表示某个微线程正在运行。

count为微线程的引用计数,为非0时表示微线程被禁用,不能运行。为0时表示微线程可以运行,且如果标记为未决状态,将可以运行。

调度微线程

被调度的微线程存储于两个每-CPU结构中:tasklet_vec(对于普通微线程)tasklet_hi_vec(对于高优先级微线程)。这两个结构都是tasklet_struct结构构成的链表。链表表中的每个结点代表不同的微线程。调度微线程分别采用tasklet_schedule()tasklet_hi_schedule()。大致步骤如下:

1.检查微线程的状态是否为TASKLET_STATE_SCHED。如果是,该微线程已经被调度,函数立即返回。

2.调用__tasklet_schedule()

3.保存中断系统的状态,然后禁用所有本地中断。

4.将被调度的微线程添加到tasklet_vectasklet_hi_vec链表的头部。这些链表对每个处理器来说是唯一的。

5.触发TASKLET_SOFTIRQHI_SOFTIRQ软中断,这样使得do_softirq()能在将来的某个时刻执行该微线程。(实质上就是将微线程标记为一个未决的软中断

6.恢复中断到之前的状态,然后返回。

这样,do_softirq()在某个时刻会运行这些未决的软中断,并执行相关的处理函数,即tasklet_action()tasklet_hi_action()。这两个函数是微线程处理的核心。执行的步骤如下:

1.禁用本地中断,获取本处理器上的tasklet_vectasklet_hi_vec链表。

2.清除链表。

3.启动本地中断。

4.遍历链表中的每个未决微线程。

5.如果是处理器空闲,检测微线程是否运行于另外一个处理器,即检测TASKLET_STATE_RUN标志。如果是,跳过,处理下一个微线程。

6.如果否,设置TASKLET_STATE_RUN,这样就不会在另一个处理器上运行。

7.检测微线程的引用数是否为0,以确认微线程是否使能。如果否,跳过,处理下一个微线程。

8.执行微线程处理函数。

9.清除微线程state域的TASKLET_STATE_RUN标记。

10.重复上述过程,直到完毕。

使用微线程

静态声明

DECLARE_TASKLET(name,func, data)

DECLARE_TASKLET_DISABLED(name,func, data);

例子如下:

DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_handler, dev);

等价于:

struct tasklet_struct my_tasklet = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0),

my_tasklet_handler,dev };

动态声明

tasklet_init(t,tasklet_handler, dev); /* dynamically as opposed to statically */

编写自己的微线程处理函数

函数原型:void tasklet_handler(unsigned long data)

跟软中断一样,微线程不能睡眠,所以不能使用户信号量等机制。

调度微线程

调度微线程使用如下函数:

tasklet_schedule(&my_tasklet);/* mark my_tasklet as pending */

其实质就是将微线程标记为未决状态。

通过函数tasklet_disable()来禁用一个微线程,如果被禁用的微线程正在运行,函数将等待微线程执行完毕后,返回。函数tasklet_disable_nosync()将立即返回。函数tasklet_enable()使能一个微线程。


        tasklet使用模板

UsingTasklets to Offload Work from Interrupt Handlers

struct roller_device_struct{

/*… */

struct tasklet_struct tsklt;

/*… */

};


void__init roller_init()

{

struct roller_device_struct *dev_struct;

/*… */

/*Initialize tasklet */

tasklet_init(&dev_struct->tsklt,roller_analyze, dev);

}


/*The bottom half */

void

roller_analyze()

{

/*… */

}


/*The interrupt handler */

static irqreturn_t

roller_interrupt(int irq, void *dev_id)

{

/*… */

/*Mark tasklet as pending */

tasklet_schedule(&dev_struct->tsklt);

return IRQ_HANDLED;

}



<think>嗯,用户想了解RT-Thread Nano下的串口中断管理。首先,我需要回顾一下RT-Thread Nano的基本情况。RT-Thread Nano是RT-Thread的轻量级版本,适用于资源有限的控制器。它提供了实时操作系统的基本功能,比如任务调度、信号量、消息队列等,但可能去掉了分高级组件,比如设备框架。因此,串口中断管理可能更多依赖于开发者直接配置硬件寄存器和使用提供的API。 接下来,用户的问题核心在于“串口中断管理”,需要分几个分来解答。首先,串口中断在RT-Thread Nano中的处理流程是怎样的?其次,如何配置和使用串口中断?可能还需要包括初始化步骤、中断服务函数的编写,以及如何与RT-Thread的线程进行交互,比如使用信号量或消息队列来同步数据。 考虑到用户可能对RT-Thread Nano不熟悉,我应该先简要介绍RT-Thread Nano的架构,特别是中断处理机制。在RT-Thread中,中断处理分为上半下半,上半处理紧急任务,下半通过线程处理耗时任务。这可能适用于串口接收数据,比如在中断服务函数(ISR)中快速读取数据,然后通过信号量唤醒处理线程。 然后,我需要说明如何在Nano中配置串口中断。这可能涉及到使用rt_hw_interrupt_install来注册中断服务函数,配置串口硬件(如波特率、中断使能等),并设置回调函数。同时,需要注意在Nano版本中,设备驱动可能需要用户自己实现,或者使用提供的模板进行修改。 另外,可能还需要提到如何管理中断的开关,使用rt_interrupt_enter和rt_interrupt_exit来通知内核当前处于中断上下文,这对于系统调度和判断当前执行环境很重要。特别是在使用内核对象如信号量时,必须使用rt_interrupt_leave_thread可能需要的函数。 用户可能还想知道如何处理接收和发送数据的中断。例如,当接收到一个字节时触发中断,将数据存入缓冲区,然后发送信号量通知处理线程。发送时,可能使用DMA或者中断来逐个发送数据,避免阻塞线程。 此外,可能需要注意资源竞争的问题,比如在中断和线程之间共享数据时,是否需要使用互斥锁,或者在中断中使用无锁结构如环形缓冲区。同时,中断服务函数中不能进行可能导致阻塞的操作,如获取信号量等待,只能使用非阻塞的API。 可能还需要举例说明代码结构,比如初始化串口,注册中断,创建信号量,编写中断处理函数和线程处理函数。这有助于用户更好地理解整个流程。 最后,需要总结RT-Thread Nano下串口中断管理的关键点,包括中断配置、数据缓冲、线程同步机制以及注意事项。这样用户能够有一个全面的认识,并能够根据示例进行实际操作。</think>RT-Thread Nano 是一个轻量级实时操作系统内核,适用于资源受限的嵌入式设备。在串口(UART)中断管理中,开发者需要结合硬件操作和 RT-Thread 的中断机制,以下是一个清晰的介绍: --- ### **1. 串口中断管理流程** RT-Thread Nano 不强制依赖设备驱动框架,因此开发者需直接操作硬件寄存器或使用 BSP 提供的接口。基本流程如下: #### **1.1 初始化串口硬件** - 配置波特率、数据位、停止位等参数。 - 使能接收中断(如 `RXNE` 中断)和发送中断(如 `TXE` 中断,可选)。 - 示例代码(基于 STM32): ```c void USART1_Init(void) { // 配置 GPIO 和 USART 参数... USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 使能接收中断 NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); // 使能 NVIC 中断 } ``` #### **1.2 注册中断服务函数(ISR)** - 通过 `rt_hw_interrupt_install()` 注册中断处理函数,关联硬件中断号。 - 示例: ```c rt_hw_interrupt_install(USART1_IRQn, usart1_isr, RT_NULL); ``` #### **1.3 中断服务函数实现** - **快速处理**:在 ISR 中读取数据,避免阻塞。 - **触发线程**:通过信号量、消息队列等唤醒处理线程。 - 示例(接收数据): ```c void USART1_IRQHandler(void) { rt_interrupt_enter(); // 通知内核进入中断 if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) { char c = USART_ReceiveData(USART1); rt_ringbuffer_put(&rx_rb, &c, 1); // 存入环形缓冲区 rt_sem_release(&rx_sem); // 释放信号量通知线程 } rt_interrupt_leave(); // 通知内核退出中断 } ``` #### **1.4 线程处理数据** - 线程等待信号量,从缓冲区读取数据。 - 示例: ```c static void uart_thread_entry(void *param) { char buf[64]; while (1) { rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER); // 等待中断信号 size_t len = rt_ringbuffer_get(&rx_rb, buf, sizeof(buf)); // 处理接收到的数据... } } ``` --- ### **2. 关键 API 与机制** #### **2.1 中断相关 API** - **`rt_interrupt_enter()` / `rt_interrupt_leave()`** 标记中断上下文,确保内核正确调度。 - **`rt_hw_interrupt_install(int vector, void (*handler)(void *), void *param)`** 注册中断服务函数。 #### **2.2 同步机制** - **信号量 (`rt_sem_t`)**:中断与线程间同步。 - **消息队列 (`rt_mq_t`)**:传递数据块。 - **环形缓冲区 (`struct rt_ringbuffer`)**:高效缓存数据。 --- ### **3. 注意事项** 1. **中断响应时间** 保持 ISR 简短,避免复杂操作(如 `printf`)。 2. **资源保护** 若线程和中断共享数据,需使用无锁结构(如环形缓冲区)或开关中断保护。 3. **中断嵌套** RT-Thread 支持中断嵌套,但需合理设计优先级。 --- ### **4. 完整示例代码** ```c #include <rtthread.h> #include <rthw.h> #include <rtdevice.h> struct rt_ringbuffer rx_rb; rt_sem_t rx_sem; void USART1_IRQHandler(void) { rt_interrupt_enter(); if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)) { char c = USART_ReceiveData(USART1); rt_ringbuffer_put(&rx_rb, &c, 1); rt_sem_release(rx_sem); } rt_interrupt_leave(); } static void uart_thread_entry(void *param) { char buf[64]; while (1) { rt_sem_take(rx_sem, RT_WAITING_FOREVER); size_t len = rt_ringbuffer_get(&rx_rb, buf, sizeof(buf)); rt_kprintf("Received %d bytes: %.*s\n", len, len, buf); } } int main(void) { // 初始化串口硬件 USART1_Init(); // 创建环形缓冲区和信号量 rt_ringbuffer_init(&rx_rb, rt_malloc(128), 128); rx_sem = rt_sem_create("rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO); // 注册中断 rt_hw_interrupt_install(USART1_IRQn, USART1_IRQHandler, RT_NULL); // 创建数据处理线程 rt_thread_t tid = rt_thread_create("uart_th", uart_thread_entry, RT_NULL, 512, 10, 10); rt_thread_startup(tid); return 0; } ``` --- 通过上述步骤,开发者可以在 RT-Thread Nano 中高效管理串口中断,结合实时操作系统的线程调度能力,实现可靠的数据通信。
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