一款轻量级事件驱动型应用程序框架

news2024/10/6 6:01:41

QP™/C 实时嵌入式框架（RTEF） 是专为实时嵌入式（RTE）系统量身定制的活动对象计算模型的轻量级实现。QP 既是用于构建由活动对象（参与者）组成的应用程序的软件基础结构，也是用于以确定性方式执行活动对象的运行时环境。此外，QP 框架支持分层状态机，用于指定活动对象的行为。

官网网址(复制到浏览器打开)：

https://www.state-machine.com/products/qp

1、它有什么作用？

QP/C RTEF 的主要目标是：

提供基于并发编程最佳实践的现代事件驱动并发模型，统称为活动对象（Actor）计算模型，其本质上比基于传统实时操作系统（RTOS）的传统“共享状态并发，互斥和阻塞方法“更安全;
提供比“裸”RTOS线程更接近问题域的更高层次的抽象;
为应用现代技术（如可视化建模，分层状态机和自动代码生成）提供正确的抽象;
弥合更高级别建模概念（如UML）与传统编程语言（如C或C++）之间的语义差距。

2、它有什么特别之处？

QP™/C 实时嵌入式框架（RTEF）是嵌入式软件市场上独一无二的产品。它提供了嵌入式应用程序的现代可重用架构，它将面向对象与特定的并发模型（称为活动对象（actor））相结合。

这种架构通常比使用传统实时操作系统（RTOS）的“免费线程”更安全，响应更快，更易于理解。它还提供了足够高的抽象级别和正确的抽象，以有效地将建模和代码生成应用于深度嵌入式系统。

面向对象

即使它是用符合MISRA的ISO-C99编写的，QP™/C基本上是一个面向对象的框架，这意味着框架本身和从框架派生的应用程序基本上由类组成，只有类才能有与之关联的状态机。

分层状态机

活动对象的行为在 QP™/C 中通过分层状态机（UML 状态图）指定。该框架支持在C语言中对UML状态机进行手动编码，以及通过免费的图形化基于QM™模型的设计（MBD）工具全自动代码生成。

内置内核

QP™/C框架可以在裸机单芯片微控制器上运行，完全取代了传统的RTOS。该框架包含一系列内置的实时内核，例如协作式 QV 内核、抢占式非阻塞 QK 内核和抢占式双模式阻塞 QXK 内核。QXK 内核提供了您期望从传统 RTOS 内核获得的所有功能，并且专门设计用于将事件驱动的活动对象与传统的阻塞代码混合，例如商业中间件（TCP/IP 堆栈、UDP 堆栈、嵌入式文件系统等）或传统软件。为主要 CPU 系列提供了本机 QP 端口和即用型示例。

效率

尽管QP™/C提供的抽象级别比传统的RTOS高得多，但它在RAM/ROM占用空间和CPU效率方面通常都优于等效的传统RTOS产品。

单纯

QP框架易于入门，易于使用且易于构建。提供的大量示例附带了典型嵌入式工具链的项目（例如，GNU，ARM，IAR等）。该框架不强加任何专有的构建或配置过程或工具，只是简单的makefile和演示工具链的本机项目。虽然这些对于真正复杂的项目来说可能还不够，但经验表明，更大的团队有自己的DevOps（例如CI / CD），并且强加特定的流程通常会适得其反。

互操作性

QP / C还可以与许多传统的RTOS和通用操作系统（如Linux和Windows）一起使用。

溯源

QP™/C 在所有工作工件之间提供前所未有的双向可追溯性，使团队能够从需求到架构、设计、源代码、测试再到备份的完整可见性。

受欢迎程度和成熟度

经过20年的不断发展，超过350个商业被许可方，以及全球许多倍的开源用户，QP™框架是市场上最受欢迎的此类产品。它们为无数电子产品提供动力，从植入式医疗设备到复杂的武器系统。

广泛使用

QP™实时嵌入式框架可满足各种市场的高可靠性应用，例如医疗、消费、物联网、国防、机器人、工业、通信、运输、半导体IP等。在这些应用领域中，QP™优雅的软件架构和现代设计理念都具有明显的优势。

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3、组成简介

QP（Quantum Platform）是一个轻量级的、开源的、基于状态机的、事件驱动型应用程序框架。这个框架包括四部分：

事件处理器(QEP)；
轻量级的事件驱动框架(QF)；
任务调度微内核(QV、QK、QXK)；
实时跟踪调试器(QS)。

(1)QEP

Quantum Event Processor是一个通用的，可移植的，可重用的状态机引擎。
QEP允许你直接把UML样式的状态图映射为代码。
QEP提供了传统的简单平面状态机和层次式状态机。QEP可以直接操作事队列和事件分发机制。

(2)QF

QF是一个通用的，事件驱动的应用框架，是一个实时框架，面向嵌入式系统。
QF被设计成和QEP，RTOS协同工作。
QF包含了事件队列，活动对象，事件遍历等。

(3)QK

QK是一个轻量级可抢占型实时内核
QK是一个极小的，按RTC习惯的，执行独立任务的内核。
QK必须和QF版本相匹配。

(4)QS

一个强大的调试工具

以下框图显示了 QP™ 框架的使用上下文、子组件和分层：

QEP (Hierarchical Event Processor）

事件处理器，也可以理解为一个状态机引擎，当有事件需要处理时，调用当前状态的状态函数处理这个事件，并处理调用状态函数的返回值，根据返回值进行相应的状态变换(如转移到父状态)。而且状态引擎也处理某状态的进入(ENTER)、退出(EXIT)、初始伪状态（INIT）。

QF (Active-Object Framework)

QF是轻量级的、事件驱动、active objects框架。这个框架的主要任务是保证每个active object的线程安全，运行-到-完成(run-to-completion )的事件处理。它包含了直接的事件传送，发布-订阅(publish-subscribe)的事件转发，事件队列，时间事件(延时传送时间事件)。

QV (Cooperative Kernel）

协作内核(Vanilla内核)，它只在time to completion的时候处理event，并在处理所有event后，对active object执行基于priority-based的调度器。它是隐式合作(implicitly-cooperative)，因为活跃定时器不需要明确的放弃CPU。代替的是在完成事件处理后，简单的return到QV调度器中。

QK (Preemptive Non-Blocking Kernel)

QK是一个超快速的抢占式，基于优先级的，单stack，实时内核专门为执行active objects而设计的。它总是会处理event queued中的高优先级的active objects，但它将event当作一次性的函数来调用（而不是像传统内核那样的endless循环）。尽管如此，如果新的事件优先级比当前处理的事件优先级高，QK内核依然提供了抢占式的一次性的event处理功能（像抢占式中断处理器允许中断彼此抢占）。这意味着，QK可以使用单stack来保存所有active objects的context。