RT-Thread內(nèi)核對(duì)象控制塊詳解

背景

• 學(xué)習(xí)RT-Thread，除了基礎(chǔ)的應(yīng)用，應(yīng)該花點(diǎn)時(shí)間，研究下底層內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)方法。
• RT-Thread內(nèi)核，整體代碼量不大，很適合研究，后期，打算在這個(gè)基礎(chǔ)上，開發(fā)一些軟件包。
• 之前了解了一點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，主要為結(jié)構(gòu)體、鏈表。不過感覺沒有真正的使用起來。
• 程序 = 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。
• 萬事開頭難，先從最基本的概念開始。

內(nèi)核對(duì)象控制塊

• 對(duì)象(object)結(jié)構(gòu)體

• 對(duì)象可以派生具體的對(duì)象

導(dǎo)火索

• 今天，想仔細(xì)看看RT-Thread 的內(nèi)核的對(duì)象，基本上都是結(jié)構(gòu)體，看看結(jié)構(gòu)體的大小，占用RAM的大小。
• 單片機(jī)的程序，短小精悍是每個(gè)嵌入式軟件工程師追求的，實(shí)現(xiàn)相同功能，占用最少資源，意味著硬件成本會(huì)進(jìn)一步降低。
• 編寫一個(gè)函數(shù)，打印一下rt_object 等對(duì)象的結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存（RAM）大小。

void print_kernel_object_size(void)
{
    struct rt_object obj;
    rt_kprintf("struct rt_object size=%d\\n", sizeof(obj));
    rt_kprintf("rt_list_t size=%d\\n", sizeof(rt_list_t));
    rt_kprintf("struct rt_timer size=%d\\n", sizeof(struct rt_timer));
    rt_kprintf("struct rt_thread size=%d\\n", sizeof(struct rt_thread));
    rt_kprintf("struct rt_ipc_object size=%d\\n", sizeof(struct rt_ipc_object));
    rt_kprintf("struct rt_semaphore size=%d\\n", sizeof(struct rt_semaphore));
    rt_kprintf("struct rt_mutex size=%d\\n", sizeof(struct rt_mutex));
    rt_kprintf("struct rt_event size=%d\\n", sizeof(struct rt_event));
    rt_kprintf("struct rt_mailbox size=%d\\n", sizeof(struct rt_mailbox));
    rt_kprintf("struct rt_messagequeue size=%d\\n", sizeof(struct rt_messagequeue));
    rt_kprintf("struct rt_mempool size=%d\\n", sizeof(struct rt_mempool));
    rt_kprintf("struct rt_device size=%d\\n", sizeof(struct rt_device));
    rt_kprintf("struct rt_device_graphic_info size=%d\\n", sizeof(struct rt_device_graphic_info));
}


MSH_CMD_EXPORT(print_kernel_object_size, print_kernel_object_size); //導(dǎo)出命令

• 運(yùn)行效果

msh / >pri
print_kernel_object_size
msh / >print_kernel_object_size
struct rt_object size=20
rt_list_t size=8
struct rt_timer size=44
struct rt_thread size=128
struct rt_ipc_object size=28
struct rt_semaphore size=32
struct rt_mutex size=36
struct rt_event size=32
struct rt_mailbox size=48
struct rt_messagequeue size=60
struct rt_mempool size=52
struct rt_device size=80
struct rt_device_graphic_info size=12

• struct rt_object size=20，說明：RT_NAME_MAX為8時(shí)，內(nèi)核對(duì)象大小為：20字節(jié)（8+ （4）+8 = 20）
• 初步分析，rt_uint8_t type,rt_uint8_t flag，因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊，占用了2+2=4個(gè)字節(jié)。（Keil MDK5 armcc）

/**
 * Base structure of Kernel object
 */
struct rt_object
{
    char       name[RT_NAME_MAX];                       /**< name of kernel object */
    rt_uint8_t type;                                    /**< type of kernel object */
    rt_uint8_t flag;                                    /**< flag of kernel object */


#ifdef RT_USING_MODULE
    void      *module_id;                               /**< id of application module */
#endif
    rt_list_t  list;                                    /**< list node of kernel object */
};

• 當(dāng)我更改內(nèi)核對(duì)象中的：rt_uint8_t type --> rt_uint32_t type，驗(yàn)證下結(jié)構(gòu)體大小時(shí)，卻發(fā)生了Assert 棧溢出。

\\ | /
- RT -     Thread Operating System
/ | \\     4.0.3 build Jan 16 2021
2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
thread: stack overflow

• 經(jīng)過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)是線程結(jié)構(gòu)體引起的對(duì)齊問題。結(jié)構(gòu)體，一定要注意結(jié)構(gòu)與大小一致。
• 線程控制塊（結(jié)構(gòu)體）rt_thread，使用了內(nèi)核對(duì)象塊，是重寫的。

• 看來，還是不要直接改基礎(chǔ)的內(nèi)核控制塊。
• 要改rt_object的結(jié)構(gòu)體大小，其他對(duì)象派生的對(duì)象，都要注意下。

總結(jié)

• 通過打印rt_object等結(jié)構(gòu)體的大小，了解了rt_object的基本構(gòu)成。
• 基本了解到了其他內(nèi)核對(duì)象，如rt_thread（線程控制塊），rt_timer（定時(shí)器控制塊），rt_list_t（雙向鏈表）的RAM占用大小。
• 了解到rt_object的派生方式，增加其他對(duì)象的特殊屬性，構(gòu)成其他的對(duì)象，用鏈表鏈接起來，用于OS管理。