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编程问答

RTThread入门

發(fā)布時間：2024/3/26 编程问答 33 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 RTThread入门小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

RT-Thread入門

1.初識RT-Thread

嵌入式系統(tǒng)是一種完全嵌入在裝置或設(shè)備內(nèi)部，為滿足特定需求而設(shè)計的計算機系統(tǒng)，譬如生活中常見的嵌入式系統(tǒng)就有：電視機頂盒、路由器、電冰箱、微波爐與移動電話等。

嵌入式操作系統(tǒng)是應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的軟件。

2.動態(tài)內(nèi)存堆的使用

裸機系統(tǒng)動態(tài)內(nèi)存
動態(tài)內(nèi)存配置
動態(tài)內(nèi)存使用
RTT動態(tài)內(nèi)存
動態(tài)內(nèi)存配置
動態(tài)內(nèi)存使用(源碼解析)
動態(tài)內(nèi)存注意事項
內(nèi)存復(fù)位
內(nèi)存泄漏
其他相關(guān)API
rt_realloc
rt_calloc

2.1 簡述堆棧

在單邊機應(yīng)用中，我們經(jīng)常提到堆棧這個詞，實際上堆和棧是兩個不同的概念。
棧（stack）：由編譯器自動分配釋放
堆（heap）：一般由程序員分配和釋放

int a = 0; //全局初始化區(qū) char *p1; //全局未初始化區(qū) main() {int b; //棧char s[] = "abc"; //棧char *p2; //棧char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區(qū)，p3在棧上。static int c = 0; //全局靜態(tài)初始化區(qū)p1 = (char*)malloc(10); //堆p2 = (char*)malloc(20); //堆 }

全局初始化區(qū)
全局靜態(tài)初始化區(qū)
全局未初始化區(qū)
常量區(qū)
棧區(qū)
堆區(qū)

2.2 MDK裸機系統(tǒng)動態(tài)內(nèi)存配置和使用

使用方式1：startup_stm32f103xe.s

; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack ; Tailor this value to your application needs ; <h> Stack Configuration ; <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ; </h>Stack_Size EQU 0x00000400AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 Stack_Mem SPACE Stack_Size __initial_sp; <h> Heap Configuration ; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ; </h>Heap_Size EQU 0x00000200AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 __heap_base Heap_Mem SPACE Heap_Size __heap_limit

?？臻g的設(shè)置和堆空間的設(shè)置

使用方式2：

char *p; p = (char*)malloc(10) free(p);

2.3 RT-Thread動態(tài)內(nèi)存配置和使用

與裸機系統(tǒng)下使用相差不大。
RT-Thread中，使用動態(tài)內(nèi)存前，需要使用動態(tài)內(nèi)存函數(shù)rt_system_heap_init 配置好動態(tài)內(nèi)存區(qū)。
之后，使用rt_malloc及rt_free函數(shù)獲得動態(tài)內(nèi)存及釋放動態(tài)內(nèi)存。

char*p; p = (char *)rt_malloc(10); rt_free(p);

2.3.1 rt_system_heap_init

board.c

rt_system_heap_init((void *)HEAP_BEGIN, (void *)HEAP_END);

參數(shù)為起始地址和結(jié)束地址，兩地址之間的空間作為動態(tài)內(nèi)存的空間
可以從芯片總的內(nèi)存空間中提取一部分作為動態(tài)內(nèi)存空間。

起始地址 HEAP_BEGIN

#define HEAP_BEGIN ((void *)&Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit)

Image $RW_IRAM1$ ZI$$Limit 是一個鏈接器導(dǎo)出的符號。代表ZI段的結(jié)束，也就是程序執(zhí)行區(qū)的RAM結(jié)束后的地址，另一個角度，也就是我們執(zhí)行區(qū)RAM未使用的區(qū)域的起始地址。

從工程的map文件中，可以看到：

Total RO Size (Code + RO Data) 63528 ( 62.04kB)Total RW Size (RW Data + ZI Data) 22576 ( 22.05kB)Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 63676 ( 62.18kB)

整個工程中用到的靜態(tài)RAM空間用掉了22.05K
芯片總RAM有64K，除去用掉的22.05K的空間，剩余的空間的起始地址，在MDK中使用宏

Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit 表示。

結(jié)束地址 HEAP_END

#define HEAP_END STM32_SRAM_END #define STM32_SRAM_END (0x20000000 + STM32_SRAM_SIZE * 1024)

使用片內(nèi)RAM的結(jié)束地址作為動態(tài)內(nèi)存的結(jié)束地址。

2.4 動態(tài)內(nèi)存堆使用注意點

內(nèi)存復(fù)位
當我們每次申請到新的內(nèi)存塊之后，建議對所申請到的內(nèi)存塊進行清零操作。

p = (char *)rt_malloc(10); if(p!=RT_NULL) {rt_memset(p,0,10); //對申請到的內(nèi)存清零 }

內(nèi)存泄漏
內(nèi)存泄漏（Memory Leak）是指程序中已動態(tài)分配的堆內(nèi)存，由于某種原因未釋放或無法釋放，造成系統(tǒng)內(nèi)存的浪費，導(dǎo)致程序運行速度減慢甚至系統(tǒng)崩潰等嚴重后果。

我們在使用動態(tài)內(nèi)存時需要注意：rt_malloc 需要和 rt_free 配套使用。

2.5 其他動態(tài)內(nèi)存相關(guān)的API

void *rt_realloc(void *rmem,rt_size_t newsize)

在已分配內(nèi)存塊的基礎(chǔ)上重新分配內(nèi)存塊的大小（增加或減少）
在進行重新分配內(nèi)存塊時，原來的內(nèi)存塊數(shù)據(jù)保持不變（縮小的情況下，后面的數(shù)據(jù)被自動截斷）

void *rt_calloc(rt_size_t count,rt_size_t size)

從內(nèi)存堆中分配連續(xù)內(nèi)存地址的多個相同大小的內(nèi)存塊

2.6 動態(tài)內(nèi)存使用的Demo代碼

int i = 0;char *ptr = RT_NULL; //內(nèi)存塊指針for(i=0;;i++){ptr = rt_malloc(1<<i); //每次申請 (1<<i)大小的內(nèi)存if(ptr != RT_NULL){rt_kprintf("rt_malloc OK! size=%d\n",(1<<i));rt_memset(ptr,0,(1<<i)); //清空申請到的內(nèi)存rt_kprintf("rt_memset OK!\n");rt_free(ptr); //釋放申請到的內(nèi)存rt_kprintf("rt_free OK!\n");}else{rt_kprintf("rt_malloc Err!\n");return -1;}}

3.線程的創(chuàng)建

3.1 線程的概念

RT-Thread名為實施線程RTOS，那么什么叫線程？

人們在生活中處理復(fù)雜問題時，慣用的方法是“分而治之”，即把一個大問題分解成多個相對簡單、比較容易解決的小問題。小問題逐個被解決了，大問題也就隨之解決了。同樣，在設(shè)計一個較為復(fù)雜的應(yīng)用程序時，也通常吧一個大型任務(wù)分解成多個小任務(wù)，然后通過運行這些小任務(wù)，最終達到完成大任務(wù)的目的。

在RT-Thread中，與上述小任務(wù)對應(yīng)的程序?qū)嶓w就叫做“線程”（或任務(wù)），RT-Thread就是一個能對這些小“線程”進行管理和調(diào)度的多”線程“操作系統(tǒng)。

線程是實現(xiàn)任務(wù)的載體，它是RT-Thread中最基本的調(diào)度單位，它描述了一個任務(wù)執(zhí)行的運行環(huán)境，也描述了這個任務(wù)所處的優(yōu)先等級。

3.2 線程的組成

RT-Thread中，線程由三部分組成：線程代碼（入口函數(shù)）、線程控制塊、線程堆棧。

線程代碼

//無限循環(huán)結(jié)構(gòu) void thread_entry(void *parameter) {while(1){/* 等待事件發(fā)生 *//* 處理事件 */} }//順序執(zhí)行結(jié)構(gòu) void thread_entry(void *parameter) {/* 事務(wù)1處理 *//* 事務(wù)2處理 *//* 事務(wù)N處理 */ }

無限循環(huán)結(jié)構(gòu)中一般加入讓出CPU的API調(diào)用，否則這個線程一直占用CPU，其他線程無法被執(zhí)行。

線程控制塊

線程控制塊是操作系統(tǒng)用于管理線程的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它會存放線程的一些信息，例如優(yōu)先級、線程名稱、線程狀態(tài)等，也包括線程與線程之間連接用的鏈表結(jié)構(gòu)，線程等待事件集合等。

struct rt_thread struct tr_thread *rt_thread_t

線程棧

RT-Thread每個線程都具有獨立的?？臻g，當進行線程切換時，系統(tǒng)會將當前線程的上下文保存在線程棧中，當線程要恢復(fù)運行時，再從線程棧中讀取上下文信息，恢復(fù)線程的運行。

線程上下文是指線程執(zhí)行的環(huán)境，具體說就是各個變量和數(shù)據(jù)，包括所有寄存器變量、堆棧信息、內(nèi)存信息等。

線程棧在形式上是一段連續(xù)的內(nèi)存空間，我們可以通過定義一個數(shù)組或者申請一段動態(tài)內(nèi)存來作為線程的棧。

3.3 線程創(chuàng)建

創(chuàng)建線程

創(chuàng)建動態(tài)線程

rt_thread_t rt_thread_create(const char *name,void (*entry)(void *parameter),void *parameter,rt_uint32_t stack_size,rt_uint8_t priority,rt_uint32_t tick);

創(chuàng)建靜態(tài)線程

rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread *thread,const char *name,void (*entry)(void *parameter),void *parameter,void *stack_start,rt_uint32_t stack_size,rt_uint8_t priority,rt_uint32_t tick);

動態(tài)線程的線程控制塊和線程棧都是自動分配的。
創(chuàng)建靜態(tài)線程需要提前定義好線程控制塊和線程棧。

啟動線程

rt_err_t rt_thread_startup(rt_thread_t thread);

調(diào)用此函數(shù)后，創(chuàng)建的線程會被加入到線程的就緒隊列，執(zhí)行調(diào)度。

3.4 靜態(tài)線程VS動態(tài)線程

相關(guān)資源分配形式
靜態(tài)線程需要將線程控制塊與線程棧先定義出來，動態(tài)線程不需要，動態(tài)線程的線程控制塊和線程棧是自動分配的。

運行效率
1.如果動態(tài)線程和靜態(tài)線程的線程控制塊和線程棧都處于芯片的RAM中，則動態(tài)線程和靜態(tài)線程的運行效率沒有區(qū)別。
2.如果系統(tǒng)使用了外擴的外部RAM，動態(tài)線程的線程控制塊和線程棧是處于外部RAM中。則動態(tài)線程的運行效率有所下降。
3.兩種方式創(chuàng)建的線程，本質(zhì)上沒有區(qū)別。

3.5 線程創(chuàng)建Demo

/* 創(chuàng)建兩個線程，一個動態(tài)線程，一個靜態(tài)線程 */#define THREAD_PORITY 25 #define THREAD_SLICE 5 #define THREAD_STCK_SIZE 512//動態(tài)線程 rt_thread_t tid1 = RT_NULL; //靜態(tài)線程 struct rt_thread thread2; //靜態(tài)線程 char thread2_stack[THREAD_STCK_SIZE];/*** @brief 線程1的入口函數(shù)* * @param parameter [IN]線程的參數(shù)*/ void my_thread1_entry(void *parameter) {uint32_t count = 0;while(1){count ++;rt_kprintf("thread1 count = %d\r\n",count);rt_thread_mdelay(100);}}/*** @brief 線程2的入口函數(shù)* * @param parameter [IN]線程的參數(shù)*/ void my_thread2_entry(void *parameter) {uint32_t count = 0;for(count=0;count<10;count++){rt_kprintf("thread2 count = %d\r\n",count);}rt_kprintf("thread2 exit\r\n"); }int main(void) { //創(chuàng)建動態(tài)線程tid1 = rt_thread_create("thread1",my_thread1_entry,RT_NULL,THREAD_STCK_SIZE,THREAD_PORITY,THREAD_SLICE);if(tid1 != RT_NULL){rt_thread_startup(tid1); //將線程添加到線程就緒隊列rt_kprintf("thread1 creater OK!\r\n");}else{rt_kprintf("thread1 creater Err!\r\n");}//創(chuàng)建靜態(tài)線程rt_thread_init(&thread2,"thread2",my_thread2_entry,RT_NULL,&thread2_stack[0],THREAD_STCK_SIZE,THREAD_PORITY-1,THREAD_SLICE);rt_thread_startup(&thread2); //將線程2添加到線程就緒列表return 0; }

運行結(jié)果：

thread1 creater OK!
msh >thread2 count = 0
thread2 count = 1
thread2 count = 2
thread2 count = 3
thread2 count = 4
thread2 count = 5
thread2 count = 6
thread2 count = 7
thread2 count = 8
thread2 count = 9
thread2 exit
thread1 count = 1
thread1 count = 2
thread1 count = 3
thread1 count = 4
thread1 count = 5
thread1 count = 6
…

4.跑馬燈線程實例

4.1 線程狀態(tài)

線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

4.2 系統(tǒng)滴答時鐘

? 每個操作系統(tǒng)中都存在一個“系統(tǒng)心跳”時鐘，是操作系統(tǒng)中最小的時鐘單位。這個時鐘負責系統(tǒng)和時間相關(guān)的一些操作。作為操作系統(tǒng)運行的時間尺度，心跳時鐘是由硬件定時器的定時中斷產(chǎn)生。
? 系統(tǒng)的心跳時鐘我們也稱之為系統(tǒng)滴答或時鐘節(jié)拍，系統(tǒng)滴答的頻率需要我們根據(jù)CPU的處理能力來決定。
? 時鐘節(jié)拍使得內(nèi)核可以將線程延時若干個整數(shù)倍時鐘節(jié)拍，以及線程等待事件發(fā)生時，提供等待超時的依據(jù)。
? 頻率越快，內(nèi)核函數(shù)介入系統(tǒng)運行的幾率就越大，內(nèi)核占用的處理器時間就越長，系統(tǒng)的負荷就變大；頻率太小，時間處理精度又不夠。
? 我們在STM32平臺上一般設(shè)置系統(tǒng)滴答的頻率為100Hz，即每個滴答的時間是10ms。

4.2.1 STM32上系統(tǒng)滴答的配置

//board.c void SystemClock_Config(void) {...//設(shè)置系統(tǒng)中斷時間HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / RT_TICK_PER_SECOND);... }//系統(tǒng)定時器中斷 void SysTick_Handler(void) {...rt_tick_increase();... }//rt_config.h #define RT_TICK_PER_SECOND 100 //配置滴答頻率為100Hz

rt_thread_mdealy(500) 延時500ms。這個API的延時就是由系統(tǒng)滴答完成的。

4.3 GPIO驅(qū)動架構(gòu)操作IO

IO初始化

void rt_pin_mode(rt_base_t pin,rt_base_t mode); pin:引腳索引 mode：引腳模式PIN_MODE_OUTPUTPIN_MODE_INPUTPIN_MODE_INPUT_PULLUPPIN_MODE_INPUT_PULLDOWNPIN_MODE_OUTPUT_OD

IO寫入

void rt_pin_write(rt_base_t pin,rt_base_t value); pin:引腳索引 value:引腳電平PIN_HIGHPIN_LOW

IO讀出

int rt_pin_read(rt_base_t pin); pin:引腳索引返回值:引腳電平

4.4 跑馬燈Demo

/* 跑馬燈 */ #include <rtthread.h> #include <rtdevice.h> #include <drv_gpio.h>//線程信息 #define THREAD_PORITY 25 #define THREAD_SLICE 5 #define THREAD_STCK_SIZE 512//線程控制塊指針 rt_thread_t led_tid = RT_NULL;//LED引腳 #define MY_LED_PIN 14/*** @brief 線程的入口函數(shù)* * @param parameter [IN]線程的參數(shù)*/ void led_entry(void *parameter) {//設(shè)置LED引腳為推挽輸出rt_pin_mode(MY_LED_PIN,PIN_MODE_OUTPUT); while(1){rt_pin_write(MY_LED_PIN,PIN_HIGH); //引腳置高rt_thread_delay(50); //延時50個時鐘節(jié)拍 rt_thread_sleep(50)rt_pin_write(MY_LED_PIN,PIN_LOW); //引腳置低rt_thread_mdelay(500); //延時500ms}}int main(void) { //創(chuàng)建線程led_tid = rt_thread_create("led",led_entry,RT_NULL,THREAD_STCK_SIZE,THREAD_PORITY,THREAD_SLICE);if(led_tid != NULL){rt_thread_startup(led_tid); //加入到線程就緒隊列}return 0; }

4.5 線程棧大小分配

? 先將線程棧大小設(shè)置一個固定值(比如2048)，在線程運行時通過查看線程棧的使用情況，了解線程棧使用的實際情況，根據(jù)實際情況設(shè)置合理的線程棧大小。

msh >list_thread thread pri status sp stack size max used left tick error ------ --- ------- ---------- ---------- ------ ---------- --- led 25 suspend 0x00000074 0x00000200 24% 0x00000005 000 tshell 20 ready 0x00000080 0x00001000 07% 0x00000005 000 tidle 31 ready 0x00000054 0x00000100 35% 0x00000010 000 msh >

? 一般將線程棧最新大使用量設(shè)置為70%。

5.線程的時間片輪詢調(diào)度

5.1 線程優(yōu)先級

? 優(yōu)先級和時間片是線程的兩個重要參數(shù)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的RTThread入门的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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