現(xiàn)在的裸機程序已經(jīng)不能滿足嵌入式機器人所需的代碼結(jié)構(gòu)要求了,因為一個嵌入式機器人的系統(tǒng)是非常龐大的,分別由感知算法,決策算法和控制算法等組成,這還沒有算上一些需要聯(lián)網(wǎng)的程序。龐大的代碼需要一個芯片級的操作系統(tǒng)來屏蔽掉硬件對于上層算法的影響,同時向上層提供API,幫助上層的算法調(diào)用底層硬件,因此一個芯片級操作系統(tǒng)就十分重要了,而RT-Thread是一種國產(chǎn)的芯片級操作系統(tǒng),而我的課程剛好也涉及到了該系統(tǒng),所以我準備寫一系列的博客來記錄下我在學習這個操作系統(tǒng)過程中的種種問題,希望能帶給大家一些幫助~
問題現(xiàn)象
這學期我們在上嵌入式的課程,學習了一個新的輕量級操作系統(tǒng)——RT-Thread(后面簡稱為rtt),這是一個國產(chǎn)的操作系統(tǒng),這個操作系統(tǒng)的特點就是只有線程,沒有進程,那么我們要使用這個系統(tǒng)的話只需要操作相應(yīng)的線程就可以了,那么我們用好這個系統(tǒng)的方法就很簡單了,我們只需要實現(xiàn)各個線程間的協(xié)調(diào)工作就可以了。
言歸正傳,在我學習這個rtt的時候我出現(xiàn)了一個問題,那就是當我的main函數(shù)的while(1)里面啥東西也不放,空跑的時候,整個芯片就宕機了,代碼如圖:
原因及解決辦法
【走過的彎路】
開始的時候我以為這個原因就是在我的整個工程中main線程的優(yōu)先級比較高,其他線程的優(yōu)先級都是最低的(我這里設(shè)置的是25),那么在線程調(diào)度的時候高優(yōu)先級的線程會先被調(diào)度,main線程作為我的系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的線程,而且是在空跑的一個線程,那么就是這個main線程在一直占用著系統(tǒng)資源,其他線程都不能被調(diào)度,因此出現(xiàn)了類似于系統(tǒng)宕機的現(xiàn)象。
說到這里就不得不說一下我們這張rtt系統(tǒng)的線程調(diào)度的狀態(tài)流轉(zhuǎn)圖了。
在普通的操作系統(tǒng)中,這些狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn)還是比較好理解的,但是在rtt中,它有一個與其他操作系統(tǒng)所不同的地方,這我在前面也已經(jīng)講過了,那就是它是沒有進程這個東西的,因此在rtt操作系統(tǒng)中,就緒狀態(tài)=運行狀態(tài)。也就是說圖中的2號圓圈代表的循環(huán)就相當于等價。
但是,這樣就出現(xiàn)問題了,因為如果按照我這個邏輯的話,不止是在空跑main線程的while(1)的時候會出現(xiàn)系統(tǒng)宕機的情況,就算main線程的while(1)里面加入了任務(wù)程序,那么我們整個rtt系統(tǒng)也是會根據(jù)系統(tǒng)進程的調(diào)度機制(高優(yōu)先級的線程一定會先被調(diào)度)來不停的循環(huán)調(diào)用main線程里while(1)里面的任務(wù),同樣其他的線程也是不會被調(diào)用的,這樣肯定是不行的,于是我就去rtt的官網(wǎng)查詢相關(guān)資料,最終解開了這個問題背后的謎團。
恍然大悟
首先讓我們來rtt系統(tǒng)中明確一些概念。
我們以下面這個代碼段來舉例說明:
void thread_entry(void* paramenter) { /* 等待事件的發(fā)生 */ /* 對事件進行服務(wù)、進行處理 */ }
線程就緒/運行
這個代碼是線程的實體函數(shù),那rtt系統(tǒng)屆時會怎樣執(zhí)行這個程序呢?我畫一個形象的圖給大家解釋一下。
如果這個線程優(yōu)先級夠高的話,rtt系統(tǒng)會一直執(zhí)行這個線程,也就不會執(zhí)行其他線程了,因為該線程運行結(jié)束之后會進入就緒狀態(tài),又因為該線程有最高優(yōu)先級,所以進入線程調(diào)度池之后馬上又會被調(diào)度運行,進入運行狀態(tài),但是在rtt 中,實際上(實現(xiàn)過程中)線程并不存在運行狀態(tài),就緒狀態(tài)和運行狀態(tài)是等同的,但是在理解機制時照上面說的來理解較為方便。
線程掛起
rtt官網(wǎng)有對其較為詳細,清楚的描述,我這里做了一個搬運,侵刪。
這段話里面重要的就是這句話,線程不參與調(diào)度,也就是說不論該線程優(yōu)先級有多高,他都不會進入到線程調(diào)度池里面,根據(jù)表格中的描述,導致線程掛起的條件有2個資源不可用。
線程主動延時一段時間
解決問題
main線程就是一個特殊的線程,所以他肯定也符合rtt系統(tǒng)管理線程的機制。
那我們這個問題就很好說明了。當main線程的while(1)循環(huán)內(nèi)程序沒有發(fā)生資源不可用或者線程主動延時的操作時,該線程一直會處于運行/就緒階段,又因為我的程序中,main線程優(yōu)先級最高,所以我的main線程一直霸占著系統(tǒng)資源,造成了系統(tǒng)宕機的假象。但是如果我在main線程的while(1)循環(huán)中插入一段延時程序,main線程就會進入掛起狀態(tài),讓出系統(tǒng)資源,從而使其他線程有機會得到調(diào)度,使得該系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。
原文標題:機器人”大腦”:RT-Thread的main線程“卡死”的一種可能原因及解決方案
文章出處:【微信公眾號:RTThread物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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