ThreadX(七)------互斥量Mutex

概述

除了信号量外,ThreadX还提供了一个互斥对象。 互斥锁基本上是二进制信号量,这意味着一次只有一个线程可以拥有一个互斥锁。 此外,同一线程可以多次对拥有的互斥锁执行一次成功的互斥锁获取操作,确切地说是4,294,967,295。 互斥对象有两个操作:tx_mutex_get和tx_mutex_put。 get操作获取不属于另一个线程的互斥锁,而put操作释放先前获取的互斥锁。 为了使线程释放互斥锁,放置操作的数量必须等于先前的获取操作的数量。

每个互斥锁都是公共资源。 ThreadX对使用互斥体没有任何限制。

ThreadX互斥锁仅用于互斥。 与计数信号量不同,互斥锁不能用作事件通知的方法。

API

  • tx_mutex_create
  • tx_mutex_delete
  • tx_mutex_get
  • tx_mutex_put

tx_mutex_create

UINT tx_mutex_create(TX_MUTEX *mutex_ptr,
    CHAR *name_ptr, UINT priority_inherit);

参数

  • mutex_ptr指向互斥控制块的指针。
  • name_ptr指向互斥器名称的指针。
  • priority_inherit指定此互斥是否支持优先级继承。如果此值为TX_INHERIT,则支持优先级继承。但是,如果TX_NO_INHERIT,则此互斥不支持优先级继承。

返回值

  • TX_SUCCESS (0x00) 成功创建静音。
  • TX_MUTEX_ERROR (0x1C) 无效的互斥指针。指针为 NULL 或已创建互斥。
  • TX_CALLER_ERROR服务(0x13)无效调用。
  • TX_INHERIT_ERROR (0x1F) 无效优先级继承参数。

tx_mutex_delete

UINT tx_mutex_delete(TX_MUTEX *mutex_ptr);

参数

  • mutex_ptr指向以前创建的互斥的指针。

返回值

  • TX_SUCCESS (0x00) 成功静音删除。
  • TX_MUTEX_ERROR (0x1C) 无效的互斥指针。
  • TX_CALLER_ERROR服务(0x13)无效调用。

tx_mutex_get

UINT tx_mutex_get(TX_MUTEX *mutex_ptr, ULONG wait_option);

参数

  • mutex_ptr 指向以前创建的互斥的指针。
  • wait_option 定义如果互斥已被另一个线程拥有,服务的行为方式。等待选项的定义如下:
  1. TX_NO_WAIT (0x00000000) - TX_NO_WAIT,无论它是否成功,都会立即从该服务返回。如果从初始化调用服务,则这是唯一有效的选项。
  2. TX_WAIT_FOREVER超时值 (0xFFFF) - TX_WAIT_FOREVER,这将导致调用线程无限期挂起,直到互斥可用。超时值 (0x0000001 到 0xFFFFFE) - 选择数值 (1-0xFFFFFFFE) 指定在等待互斥时保持挂起计时器的最大数量。

返回值

  • TX_SUCCESS (0x00) 成功静音获取操作。
  • TX_DELETED (0x01) Mutex 在线程挂起时被删除。
  • TX_NOT_AVAILABLE (0x1D) 服务无法在指定时间内获得互斥的所有权以等待。
  • TX_WAIT_ABORTED (0x1A) 挂起被另一个线程、计时器或 ISR 中止。
  • TX_MUTEX_ERROR (0x1C) 无效的互斥指针。
  • TX_WAIT_ERROR (0x04) 在非线程的TX_NO_WAIT上指定了除其他帐户以外的等待选项。
  • TX_CALLER_ERROR服务(0x13)无效调用。

tx_mutex_put

UINT tx_mutex_put(TX_MUTEX *mutex_ptr);

参数

  • mutex_ptr指向以前创建的互斥的指针。

返回值

  • TX_SUCCESS (0x00) 成功静音释放。
  • TX_NOT_OWNED (0x1E) Mutex 不归呼叫者所有。
  • TX_MUTEX_ERROR (0x1C) 到互斥的无效指针。
  • TX_CALLER_ERROR服务(0x13)无效调用。

mutex_demo

/*
 *
 * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
 * mutex_demo.c
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2020年8月25日     	  henji      the first version
 */
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "tx_api.h"
#include "stdio.h"

/* USER CODE BEGIN PV */
TX_THREAD MyThread_1;
TX_THREAD MyThread_2;

/*线程栈大小*/
#define DEMO_STACK_SIZE 1024
/*内存池总大小*/
#define DEMO_BYTE_POOL_SIZE 1024*5
/*内存块池总大小*/
#define DEMO_BLOCK_POOL_SIZE 100
/*内存字节池控制块*/
TX_BYTE_POOL byte_pool_0;

/* 指向内存的指针 */
UCHAR *memory_ptr;

/*互斥量	临界区*/
TX_MUTEX mutex_lock;

UINT count_A = 0;
UINT count_B = 0;

/* Tracex使用 */
/*跟踪缓冲区的内存大小*/
#define trace_buffer_size 64000
/*要保留在跟踪注册表中的应用程序ThreadX对象的数量*/
#define registry_entries 40
UCHAR trace_buffer_start[trace_buffer_size];
UINT trace_status;
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
CHAR buffer[20]; //my_printf缓冲区 
void my_printf(CHAR *s,INT var);

/* USER CODE END PFP */

int main(void)
{
	.......
	/* USER CODE BEGIN 2 */

	tx_kernel_enter(); //threadx 入口

	/* USER CODE END 2 */
	while (1);
}
void MyThread_1_entry(ULONG entry_input)
{

	while (1)
	{
		/*临界区上锁*/
	//	tx_mutex_get(&mutex_lock,TX_WAIT_FOREVER);

		/*临界区 ...*/

		count_A ++;

		/* 让给线程2 使得count_A & count_B 不同步 */
		tx_thread_sleep(1000);

		count_B ++;
		/*临界区释放锁*/
	//	tx_mutex_put(&mutex_lock);

	}
}

void MyThread_2_entry(ULONG entry_input)
{

	while (1)
	{
		/*临界区上锁*/
	//	tx_mutex_get(&mutex_lock,TX_WAIT_FOREVER);

		/*临界区 ...*/

		if(count_A == count_B)
		{
			my_printf("count_A = count_B", HAL_MAX_DELAY);
		}
		else
		{
			my_printf("count_A != count_B", HAL_MAX_DELAY);
		}

		count_A ++;
		count_B ++;

		/*临界区释放锁*/
	//	tx_mutex_put(&mutex_lock);

		tx_thread_sleep(500);
	}
}

void tx_application_define(void *first_unused_memory)
{
	/*使能追踪*/
	trace_status = tx_trace_enable(&trace_buffer_start, trace_buffer_size,registry_entries);

	/*创建一个内存池用于分配线程栈*/
	tx_byte_pool_create(&byte_pool_0, 		//内存池的指针
			"byte pool 0",//名称
			first_unused_memory,//分配内存地址
			DEMO_BYTE_POOL_SIZE//分配内存池大小
			);

	/*分配一个栈空间用于线程1*/
	tx_byte_allocate(&byte_pool_0,		   //内存池的指针
			(VOID**) &memory_ptr,		   //指向目标内存指针的指针
			DEMO_STACK_SIZE,     //分配栈大小
			TX_NO_WAIT		   //无论它是否成功,都会立即从该服务返回
			);
	/*线程1*/
	tx_thread_create(&MyThread_1,	//线程控制块指针
			"MyThread_1",//线程名字
			MyThread_1_entry,//线程入口函数
			0,//线程入口参数
			memory_ptr,//线程的起始地址
			DEMO_STACK_SIZE,//线程栈大小 K
			3,//优先级3 (0~TX_MAX_PRIORITES-1)0  表示最高优先级
			3,//禁用抢占的最高优先级
			TX_NO_TIME_SLICE,//时间切片值范围为 1 ~ 0xFFFF(TX_NO_TIME_SLICE = 0)
			TX_AUTO_START//线程自动启动
			);
	/*分配一个栈空间用于线程2*/
	tx_byte_allocate(&byte_pool_0,		   //内存池的指针
			(VOID**) &memory_ptr,		   //指向目标内存指针的指针
			DEMO_STACK_SIZE,     //分配栈大小
			TX_NO_WAIT		   //无论它是否成功,都会立即从该服务返回
			);
	/*线程2*/
	tx_thread_create(&MyThread_2,	//线程控制块指针
			"MyThread_2",//线程名字
			MyThread_2_entry,//线程入口函数
			0,//线程入口参数
			memory_ptr,//线程的起始地址
			DEMO_STACK_SIZE,//线程栈大小 K
			1,//优先级1 (0~TX_MAX_PRIORITES-1)0  表示最高优先级
			1,//禁用抢占的最高优先级
			TX_NO_TIME_SLICE,//时间切片值范围为 1 ~ 0xFFFF(TX_NO_TIME_SLICE = 0)
			TX_AUTO_START//线程自动启动
			);

	/*创建互斥量 临界区 */
	tx_mutex_create(&mutex_lock,"mutex_lock",TX_NO_INHERIT);

}

void my_printf(CHAR *s,INT var)
{
	if(var == HAL_MAX_DELAY)
	{
		sprintf(buffer,s);
		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, sizeof(buffer), HAL_MAX_DELAY);
	}
	else
	{
		sprintf(buffer,s,var);
		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, sizeof(buffer), HAL_MAX_DELAY);
	}
}
/* USER CODE END 4 */

没有使用互斥量的时候,在线程1 tx_thread_sleep(1000); 挂起的时候,线程2操作变量使得 count_A 与 count_B 不同步


使用互斥量,保护共享资源,防止其它线程的破坏

在这里插入图片描述

<think>好的,用户之前询问了关于Thread-X Bootloader的内容,现在他们又想知道Thread-X系统的架构详解和目录结构。首先,我需要确认用户的需求是什么。看起来他们可能是在开发嵌入式系统,特别是使用ThreadX实时操作系统(RTOS),所以需要深入了解其内部结构和文件组织,以便更好地进行开发和调试。 接下来,我需要回忆ThreadX的系统架构。ThreadX是高度模块化的,核心包括调度器、线程管理、内存管理、通信机制等。用户可能希望了解这些模块如何协同工作,以及各个目录的作用,比如源代码、配置文件、示例程序的位置。 用户之前的问题涉及引导程序,所以可能他们对系统启动流程和初始化过程特别感兴趣。在回答架构时,应该强调初始化流程,从Bootloader到内核启动的过渡。此外,他们可能需要知道如何配置ThreadX以适应不同的硬件环境,比如通过tx_initialize_low_level.s文件进行底层硬件设置。 目录结构部分,用户可能需要了解标准的ThreadX项目结构,这有助于他们组织自己的代码,找到示例和文档。需要分清楚核心模块、移植层、中间件和示例代码的位置。例如,common目录可能包含公共头文件,ports目录涉及不同处理器的移植代码,这有助于用户进行跨平台开发。 还要考虑用户可能的后续问题,比如如何添加新模块或进行调试,所以在回答中可以提到测试框架和调试工具的位置,比如test目录和trace功能。此外,安全性和扩展性也是用户可能关心的点,比如支持TEE或加密库的集成。 需要确保回答结构清晰,分点列出架构和目录,使用用户易懂的语言,避免过于技术化的术语,但也要足够详细以帮助开发者实际应用。同时,遵循用户给出的格式要求,比如数学公式用$$包裹,行内公式用$,并且使用中文回答。 最后,检查是否有遗漏的部分,比如是否提到了实时性能优化、中断处理机制,或者如何利用ThreadX的模块进行多任务管理。确保覆盖用户可能需要的所有关键点,帮助他们全面理解ThreadX的系统架构和项目结构。</think>以下是 **ThreadX 实时操作系统(RTOS)的系统架构详解与目录结构解析**,按模块化分层说明: --- ### **一、ThreadX 系统架构分层** #### 1. **内核层(Core Kernel)** - **调度器** - 支持优先级抢占式调度(256 级优先级)和时间片轮转。 - 调度策略通过内部就绪队列实现,时间复杂度为 $O(1)$。 - **线程管理** - 线程控制块(TCB)存储状态(就绪、挂起、终止等)、栈指针和优先级。 - 动态线程创建/删除接口:`tx_thread_create()`、`tx_thread_delete()`。 - **内存管理** - 提供字节池(`TX_BYTE_POOL`)和块池(`TX_BLOCK_POOL`),支持动态内存分配。 - 零碎片算法优化,通过内存池链表实现高效管理。 - **中断处理** - 嵌套中断支持,中断服务程序(ISR)与线程上下文切换无锁设计。 - 中断延迟极低(典型值 < 100 周期)。 #### 2. **通信与同步层** - **信号(Semaphore)** - 二进制/计数信号,操作原子性通过关中断保证。 - **互斥Mutex)** - 优先级继承协议(PIP)防止优先级反转。 - **消息队列(Message Queue)** - 支持定长消息传递,通过环形缓冲区实现。 - **事件组(Event Flags)** - 32 位事件标志位,支持“与”、“或”触发条件。 #### 3. **扩展模块** - **FileX** - FAT12/16/32 文件系统驱动,集成磨损均衡算法。 - **NetX** - TCP/IP 协议栈,支持 IPv4/IPv6 和 TLS 加密。 - **USBX** - USB Host/Device 协议栈,兼容 CDC、HID、MSC 类。 #### 4. **硬件抽象层(HAL)** - **移植层(Porting Layer)** - 处理器相关代码(如上下文切换的汇编文件 `tx_thread_context_save.s`)。 - 时钟驱动(SysTick 或硬件定时器配置)。 - **低功耗模式** - 支持休眠(Sleep)和深度休眠(Deep Sleep)模式切换。 --- ### **二、ThreadX 源码目录结构详解** 典型 ThreadX 项目目录组织如下(以 ARM Cortex-M 为例): ```plaintext threadx/ ├── common/ # 核心模块源码 │ ├── inc/ # 全局头文件 (tx_api.h, tx_port.h) │ ├── src/ # 内核源码 (tx_thread_schedule.c, tx_timer.c) │ └── build/ # 编译脚本 (Makefile, IAR/Keil 工程模板) ├── ports/ # 硬件移植层 │ ├── cortex_m4/ # Cortex-M4 特定代码 │ │ ├── tx_initialize_low_level.s # 启动文件(栈初始化、中断向表) │ │ └── tx_thread_context_save.s # 上下文切换汇编 │ └── cortex_m7/ # Cortex-M7 支持 ├── middleware/ # 扩展模块 │ ├── filex/ # FileX 文件系统 │ ├── netx/ # NetX 网络协议栈 │ └── usbx/ # USBX 驱动 ├── examples/ # 示例代码 │ ├── thread_create/ # 线程创建与同步示例 │ └── http_server/ # NetX 应用示例 ├── docs/ # 文档 │ ├── user_guide.pdf # 用户手册 │ └── porting_guide.pdf # 移植指南 └── test/ # 测试框架 ├── unit_tests/ # 单元测试(线程调度、内存分配) └── system_tests/ # 系统级压力测试 ``` --- ### **三、关键初始化流程** 系统启动代码(以 Cortex-M 为例): ```c /* 启动文件 (startup_stm32f4xx.s) */ Reset_Handler: LDR R0, =__main // 初始化 C 运行时 BLX R0 LDR R0, =tx_kernel_enter // 进入 ThreadX 内核 BX R0 /* main.c */ void tx_application_define(void *first_unused_memory) { // 定义线程、队列、内存池等对象 tx_thread_create(&thread_1, ..., entry_function, ...); } ``` --- ### **四、性能优化特性** - **确定性响应** 所有系统调用时间复杂度固定,例如信号获取时间与系统负载无关。 - **内存占用** 最小内核配置仅需 2KB ROM 和 1KB RAM(Cortex-M0+)。 - **Trace 支持** 内置 `TX_ENABLE_EVENT_TRACE` 可实时记录线程切换、中断事件。 --- ### **五、应用场景与扩展** - **工业控制**:利用优先级抢占保障关键任务(如 PID 控制线程)。 - **物联网设备**:通过 NetX 实现 MQTT 协议与云平台通信。 - **安全领域**:集成 TrustZone 支持(如 Cortex-M33 的 TEE 环境)。 如需进一步了解某模块(如调度算法或移植细节),可指定方向深入探讨。
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