RT-Thread-【2024-RSOC】RT-Thread线程以及启动机制RT-Thread问答社区

【2024-RSOC】RT-Thread线程以及启动机制

发布于 2024-07-23 23:50:49 浏览：770 订阅该版

[tocm]

# 内核启动以及线程的概念

运行环境：Vscode+env

开发板：星火一号

## 一、目录结构

先分析一下工程的目录结构

![image-20240723190958235](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323657.png)

## 二、env借助Kconfig剪裁配置

C语言项目的裁剪配置本质上通过条件编译和宏的展开来实现的，RT-Thread借助Kconfig这套机制更方便的实现了这一功能。

Kconfig文件在源码中呈现树形结构，需要**在工程的根目录下存在一份顶层Kconfig文件**，顶层Kconfig文件在文件中通过source语句显示地调用各子目录下的Kconfig文件。Env在根目录下执行menuconfig命令后会递归解析各级Kconfig文件，然后提供如下配置界面，完成相应的配置后并保存，根目录下会存在一份.config文件保存当前选择的配置项，并将.config文件转为RT-Thread的系统配置文件rtconfig.h。

![构建配置系统](https://www.rt-thread.org/document/site/development-tools/build-config-system/figures/buildconfig2.png)

想了解Kconfig的语法可以查看[rt-thread的文档中心](https://www.rt-thread.org/document/site/#/development-tools/build-config-system/Kconfig)。

## 三、env使用Scons构建编译

SCons 是一个软件构建工具，类似于 Make，但使用 Python 脚本作为其配置语言。`SConscript` 文件用于定义特定目录下的构建指令，而 `SConstruct` 文件则是顶层构建脚本。

如果我们想在工程中新建一个文件夹存放自己的文件。就可以写一个`SConscript`脚本文件。

~~~python
from building import *
import os

cwd     = GetCurrentDir()
CPPPATH = [cwd]
src = ['hello.c']   #补上自己的源文件

group = DefineGroup('Hello_Test', src, depend = [''], CPPPATH = CPPPATH)

Return('group')

~~~

这时候我们重新在env里编译`scons`，生成vscode的json，就可以看到我们在`main`函数里面可以正常调用我们所创建的文件夹中的hello.c中的函数。

## 四、rt-thread启动流程

不知道大家有没有这样的疑惑，一开始拿到rt-thread工程的时候，反正main函数跟普通的裸机开发也没有很大的区别，那么他是怎么实现调度以及终端的初识化呢？

为了在进入 main() 之前完成 RT-Thread 系统功能初始化，以gcc编译器为例子，我们执行了`entry`，最后才会创建main的线程并启动。这边可以看启动文件的汇编文件。

以星号一号的板子为例，启动文件的路径.\libraries\STM32F4xx_HAL\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\

Templates\gcc\startup_stm32f407xx.s

![image-20240723214203291](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323659.png)

可以看到先执行的函数是`entry`.

![启动流程](https://www.rt-thread.org/document/site/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/basic/figures/rtt_startup.png)

不同编译器先执行的文件不同，可以查看上图。

不管是什么编译器，最终还是先调用启动函数` rtthread_startup()` ，最后进入用户入口函数` main()`。

现在我们来看一下`rtthread_startup()`干了什么事情。

路径rt-thread\src\components.c

![image-20240723214643021](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323660.png)

![image-20240723215243678](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323661.png)

具体启动的过程大家可以进行断点调试自行体会。

启动调度器，之后系统就会选在优先级最高的线程进行执行。

### 1.rt_hw_local_irq_disable

汇编操作，关闭全局中断，避免收到其他因素干扰。

路径：`rt-thread\libcpu\arm\cortex-m3\context_gcc.S`

![image-20240723223258147](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323662.png)

### 2.rt_hw_board_init

板极初始化

![image-20240723223735780](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323663.png)

自动初始化机制，`INIT_BOARD_EXPORT(fn)`：非常早期的初始化。

将函数插入到特殊的段中，最后由`rt_components_board_init`寻找并执行函数。

路径：`.\rt-thread\src\components.c`

![image-20240723223808129](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323664.png)

### 3.rt_show_version

显示rt-thread版本

路径：`.\rt-thread\src\kservice.c`

![image-20240723224211409](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323665.png)

### 4.rt_system_timer_init

系统定时器初始化

路径：`.\rt-thread\src\timer.c`

![image-20240723224355205](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323666.png)

### 5.rt_system_scheduler_init

调度器初始化

路径：`.\rt-thread\src\scheduler_up.c`

![image-20240723224620807](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323667.png)

### 6.rt_application_init

创建一个main线程

路径：`.\rt-thread\src\components.c`

![image-20240723224713720](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323668.png)

### 7.rt_system_timer_thread_init

定时器线程初始化

路径：`.\rt-thread\src\timer.c`

![image-20240723224832833](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323669.png)

### 8.rt_system_scheduler_start

路径：`.\rt-thread\src\scheduler_up.c`

![image-20240723222832531](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323670.png)

## 五、rt-thread线程

### 1.线程的定义

* 进程是一个独立的运行实体，包含自己的代码、数据、堆栈和其他资源。
* 每个进程都有自己的地址空间，相互隔离，保证安全性和稳定性。

rt-thrad标准版本只有线程的概念，没有进程的概念。

rt-thrad是抢占式调度的。

### 2.线程控制块

路径：`.\rt-thread\include\rtdef.h`

![image-20240723230728383](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323671.png)

#### a.线程栈

RT-Thread 线程具有独立的栈，当进行线程切换时，会将当前线程的上下文存在栈中，当线程要恢复运行时，再从栈中读取上下文信息，进行恢复。

根据芯片的架构保存相应的寄存器。线程切换的过程就是保存现场（保存相对应的寄存器），线程的恢复就是还远相对应的寄存器。

路径：`.\rt-thread\libcpu\arm\cortex-m33\cpuport.c`

![image-20240723231347162](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323672.png)

可以看到在创建线程的时候就是初始化了相对应的寄存器。

#### b.线程的状态

| 状态     | 描述                                                         |
| -------- | ------------------------------------------------------------ |
| 初始状态 | 当线程刚开始创建还没开始运行时就处于初始状态；在初始状态下，线程不参与调度。此状态在 RT-Thread 中的宏定义为 RT_THREAD_INIT |
| 就绪状态 | 在就绪状态下，线程按照优先级排队，等待被执行；一旦当前线程运行完毕让出处理器，操作系统会马上寻找最高优先级的就绪态线程运行。此状态在 RT-Thread 中的宏定义为 RT_THREAD_READY |
| 运行状态 | 线程当前正在运行。在单核系统中，只有 rt_thread_self() 函数返回的线程处于运行状态；在多核系统中，可能就不止这一个线程处于运行状态。此状态在 RT-Thread 中的宏定义为 RT_THREAD_RUNNING |
| 挂起状态 | 也称阻塞态。它可能因为资源不可用而挂起等待，或线程主动延时一段时间而挂起。在挂起状态下，线程不参与调度。此状态在 RT-Thread 中的宏定义为 RT_THREAD_SUSPEND |
| 关闭状态 | 当线程运行结束时将处于关闭状态。关闭状态的线程不参与线程的调度。此状态在 RT-Thread 中的宏定义为 RT_THREAD_CLOSE |

#### c.线程的优先级

RT-Thread 线程的优先级是表示线程被调度的优先程度。每个线程都具有优先级，线程越重要，赋予的优先级就应越高，线程被调度的可能才会越大。

**注意：rt-thrad线程的优先级是越小越高，与FreeRTOS相反**

#### d.时间片

时间片轮转：时间片只对优先级一致的线程起作用，当线程的时间片用完事，就会让出cpu，使**同优先级的线程运行**

#### e.线程的入口函数

线程控制块中的 entry 是线程的入口函数，它是线程实现预期功能的函数。

~~~c
void thread_entry(void* paramenter)
{
    while (1)
    {
    /* 等待事件的发生 */

/* 对事件进行服务、进行处理 */
    }
}

~~~

#### f.线程错误码

![image-20240723232112552](https://raw.githubusercontent.com/CYFS3/Typroa/main/202407232323673.png)

#### g.线程的切换

RT-Thread 提供一系列的操作系统调用接口，使得线程的状态在这五个状态之间来回切换。几种状态间的转换关系如下图所示：

![线程状态转换图](https://www.rt-thread.org/document/site/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/thread/figures/04thread_sta.png)

### 3.线程的创建

rt-thrad创建线程的方式有两种

* 静态创建

~~~c
static char thread1_addr[256];
static struct rt_thread thread1;
void thread1_entry(void * paramenter)
{
    while(1)
    {
        rt_kprintf("this is thread1\r\n");
        rt_thread_mdelay(500);
    }    
}
int main(void)
{
    rt_err_t ret= rt_thread_init(&thread1,"thread1",thread1_entry,RT_NULL,thread1_addr,256,10,10);
    if(ret == RT_EOK)
    {
        rt_thread_startup(&thread1);   
    }
    while (1)
    {
          rt_thread_mdelay(500);

}
}
~~~

* 动态创建

~~~c
void thread2_entry(void * paramenter)
{
    while(1)
    {
        rt_kprintf("this is thread2\r\n");
        rt_thread_mdelay(500);
    }    
}
int main(void)
{
   
    rt_thread_t thread2;
    thread2 = rt_thread_create("thread2",thread2_entry,RT_NULL,512,10,10);
    if(thread2 != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(thread2);
    }
    while (1)
    {
          rt_thread_mdelay(500);

}
}
~~~

具体线程的创建以及使用可以参考[官网文档](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/thread/thread)