RT-Thread SMP介绍与移植(学习)

news2024/11/15 5:38:15

RT-Thread SMP介绍与移植

SMP:对称多处理(Symmetrical Multi-Processing)简称SMP,是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。

RT-Thread自4.0.0版本开始支持SMP,在对称多核上可以通过使能RT_USING_SMP来开启。

多核启动概述

系统上电后,每个CPU都会在ROM中的代码控制下独自运行,但是只有主处理器(简称CPU0)跳转到RT-Thread的初始化入口处,而其他的处理器(简称次级CPU)则会暂停在某个状态下,等待CPU0将它们唤醒。

CPU0完成RT-Thread的全局初始化过程,包括外设初始化,中断控制器的中断分发部分初始化,全局变量的初始化,全局内核对象的创建等等。它还完成CPU0自身硬件初始化,包括MMU、中断控制器的CPU接口部分,以及中断向量表等。

最终,CPU0在执行main线程之前,唤醒其它的次级CPU,引导它们执行次级CPU的初始化代码,这段代码会让各个次级CPU去完成自身相关的硬件初始化,并开启任务调度。

此后,系统进入正常运行阶段,系统启动阶段各个CPU的动作如下图所示:
在这里插入图片描述
每个次级CPU自身硬件部分的初始化不能由CPU0完成,因为其自身硬件不能由其它CPU访问。

CPU0启动流程

在SMP平台上,启动核心CPU0的启动流程和单核CPU上的启动过程相同。
在这里插入图片描述
由于硬件平台和编译器的不同,系统上电后执行的初始化代码和启动流程并不相同,但是系统最终统一调用入口函数rtthread_startup()来启动RT-Thread。

该函数设置硬件平台、初始化操作系统各组件、创建用户main线程,并最终开启当前CPU的任务调度机制,开始正常工作。

当开启了CPU0的任务调度器之后,CPU0上通常存在两个线程:main线程和idle线程,用户可以通过修改配置选项或者通过RT-Thread提供的接口创建新的线程,调度器依据优先级和线程状态从中选择就绪线程执行。

次级CPU启动流程

如果定义了配置选项RT_USING_SMP,CPU0的main线程在运行过程中会执行函数rt_hw_secondary_cpu_up()以启动其它CPU核心。

该函数由移植内核的开发人员提供,完成以下两个操作:

  1. 设置次级CPU的启动入口地址。
  2. 加电启动次级CPU。

在ARMv7-A中,次级CPU的启动入口地址固定设置为secondary_cpu_start,该标号定义在文件libcpu/arm/cortex-a/start_gcc.S中,主要步骤包括当前CPU的内核栈,建立MMU内存映射表,然后跳转到函数secondary_cpu_c_start() 执行。

函数secondary_cpu_c_start()是所有次级CPU的初始化函数,它同样与硬件平台密切相关,由移植系统的开发者提供,需要完成以下步骤:

  1. 初始化当前CPU的中断控制器,设置中断向量表。
  2. 设置定时器为当前CPU产生tick中断。
  3. 获取内核自旋锁_cpus_lock以保护全局任务表,调用函数rt_system_scheduler_start()开启当前CPU的任务调度器。

每个次级CPU启动之后,从全局任务表和当前CPU的局部任务表中选取优先级最高的任务执行,在优先级相同的情况下,优先选择当前CPU的局部任务表中的任务执行。

在不存在其它任务的情况下,每个CPU调度自己的idle任务执行。
其中CPU0的idle任务循环执行函数rt_thread_idle_execute(),而次级CPU的idle任务循环执行函数rt_hw_secondary_cpu_idle_exec()。

任务特性

RT-Thread中的任务分为以下状态:

  • 运行态:任务正在某个CPU上执行。
  • 就绪态:任务随时可以被执行,但尚未分配到CPU,因此等待在某个就绪任务表中。
  • 挂起态:任务因为条件不满足(等待超时或数据到来),而不能够被执行。
  • 关闭态:任务已经被删除,正在等待被回收。

在进入正常运行阶段后,每个CPU都独自地运行中断处理、调度器以及任务的代码。
RT-Thread在多核系统上运行时存在以下特性:

  1. 同一时刻,一个任务(线程)只会运行在一个CPU上。
  2. 每个CPU互斥地访问全局调度器数据,以确定将要在当前CPU上运行的任务。
  3. 支持将任务绑定在某一个CPU上运行。

调度策略

为了实现上述目标,RT-Thread调度器实现了两种就绪任务队列:

  1. 全局就绪任务表rt_thread_ready_table[],包含没有绑定CPU的就绪任务。
  2. CPU局部就绪任务表ready_table[],每个CPU对应一个,包含绑定到对应CPU的就绪任务。典型的CPU绑定任务是每个CPU都有自己的idle任务。

当CPU需要切换任务执行时,任务调度器查找系统中优先级最高的就绪任务执行,即全局就绪任务表和当前CPU的局部就绪任务表中优先级最高的任务。在优先级相同的情况下,优先选取局部任务表中的任务。

相对应的是,如果一个任务由其它状态变为就绪态,则进行如下处理:

  1. 如果它不是CPU绑定任务,则把它挂入全局就绪表,并向其它的所有CPU发送IPI中断,通知它们检查是否需要切换任务,因为其它CPU的当前任务的优先级可能低于此就绪态任务,因而会发生优先级抢占。
  2. 如果它是一个CPU绑定任务,检查它是否比对应CPU的当前任务优先级高,如果是则发生优先级抢占,否则把它挂入对应的CPU的局部就绪任务表。整个过程不通知其它CPU。

SMP内核接口

为支持SMP平台,RT-Thread提供以下内核接口,方便内核开发人员使用多核的功能。

处理器间中断IPI

当单个CPU上运行的任务改变了系统状态,或者触发了某个事件,需要通过处理器间中断(Inter-Processor Interrupt)通知其它CPU,其它CPU在收到该信号后,调用注册的相应例程进行处理。

OS Tick

在SMP系统中,每个CPU维护自己独立的tick值,用作任务运行计时以及时间片统计。

除此之外,CPU0还通过tick计数来更新系统时间,并提供系统定时器的功能,次级CPU不需要提供这些功能。

在初始化次级CPU的过程中,每个CPU需要使能各自的tick定时器,并注册相应的tick中断处理函数。使能tick定时器的操作与具体的硬件平台相关,需要移植内核的开发者提供;
而tick中断处理函数主要完成两个动作:

  1. 设置tick定时器的状态。
  2. 增加当前CPU的tick计数。

自旋锁spinlock

在SMP系统中,通过关中断的方式不能阻止多个CPU对共享资源的并发访问,需要通过自旋锁机制进行保护。
和互斥锁类似,在任何时刻,自旋锁最多只能有一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。
不同的是,对于互斥锁,如果资源已经被占用,资源申请者只能进入睡眠状态。

而自旋锁不会引起调用者睡眠,而是循环查询直到该自旋锁的保持者已经释放了锁。

初始化已分配的spinlock变量

void rt_spin_lock_init(struct rt_spinlock *lock)

获取spinlock,忙等待直到获取成功

void rt_spin_lock(struct rt_spinlock *lock)

释放spinlock

void rt_spin_unlock(struct rt_spinlock *lock)

任务绑定

通常系统中的就绪任务位于全局就绪任务表中,每个任务在哪个CPU上调度运行是随机的。

通过将就绪任务放入到某个CPU局部就绪任务列表中,RT-Thread允许
将任务与CPU绑定,即该任务只能够在指定的CPU上。

rt_err_t rt_thread_control(rt_thread_t thread, int cmd, void *arg)

当参数cmd的值为RT_THREAD_CTRL_BIND_CPU时,函数将线程thread绑定到参数arg指定的CPU上。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/1085154.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Burstormer论文阅读笔记

这是CVPR2023的一篇连拍图像修复和增强的论文,一作是阿联酋的默罕默德 本 扎耶得人工智能大学,二作是旷视科技。这些作者和CVPR2022的一篇BIPNet,同样是做连拍图像修复和增强的,是同一批。也就是说同一个方向,22年中了…

基于SpringBoot的精准扶贫管理系统

目录 前言 一、技术栈 二、系统功能介绍 用户信息管理 贫困户信息管理 新闻类型管理 志愿者招聘管理 志愿者招聘 留言反馈管理 贫困户 三、核心代码 1、登录模块 2、文件上传模块 3、代码封装 前言 随着信息技术在管理上越来越深入而广泛的应用,管理信息…

【笔记】【信息论与编码】第三章 离散信源

本文是笔者在学习《信息论与编码》课程中所做的笔记,供个人学习记忆使用。 第三章 离散信源 文章目录 一、离散信源概念离散无记忆信源K重符号序列离散信源 二、离散信源的熵单符号离散无记忆信源熵K重符号序列离散无记忆信源熵K重符号序列离散有记忆信源熵马尔可夫…

如何在Docker部署Drupal并结合内网穿透实现远程访问

文章目录 前言1. Docker安装Drupal2. 本地局域网访问3 . Linux 安装cpolar4. 配置Drupal公网访问地址5. 公网远程访问Drupal6. 固定Drupal 公网地址 前言 Dupal是一个强大的CMS,适用于各种不同的网站项目,从小型个人博客到大型企业级门户网站。它的学习…

NZ系列工具NZ05:VBA不打开工作簿获取其内容

我的教程一共九套及VBA汉英手册一部,分为初级、中级、高级三大部分。是对VBA的系统讲解,从简单的入门,到数据库,到字典,到高级的网抓及类的应用。大家在学习的过程中可能会存在困惑,这么多知识点该如何组织…

Linux 测试端口是否放行

Linux 测试端口是否放行 1、准备2、在 CentOS 7 上放行端口,你可以使用以下方法:4、错误解决:[rootlocalhost backup]# netcat -l -p 11111 netcat: cannot use -p and -l 装了netcat不能用5、能用telnet去测试吗6、效果: 1、准备…

简易计算器的实现:使用C语言进行基础算术运算

🌷🍁 博主猫头虎 带您 Go to New World.✨🍁 🦄 博客首页——猫头虎的博客🎐 🐳《面试题大全专栏》 文章图文并茂🦕生动形象🦖简单易学!欢迎大家来踩踩~🌺 &a…

S/4 HANA 大白话 - 财务会计-4 应付、应收账款

Business Partner 业务伙伴 业务伙伴现在包括供应商伙伴和客户伙伴。 只要不是个搞空壳玩泡沫的公司,你基本都得有从供应商那里拿原材料或者购买零部件,然后进行生产,再售卖给客户。你得和银行打交道,同时也得有员工。所有这些关…

【python自动化神器pyautogui使用步骤】

python自动化神器pyautogui使用步骤 这篇文章主要给大家介绍了关于python自动化神器pyautogui使用步骤的相关资料,在Python当中不仅代码简单,而且有着非常丰富的模块,pyautogui就可以称之为自动化操作的"神器",需要的朋友可以参考下 文章目录 python自动化神器pyauto…

关于SpringBoot2.x集成SpringSecurity+JJWT(0.7.0-->0.11.5)生成Token登录鉴权的问题

项目场景: 问题:遵循版本稳定的前提下,搭建权限认证框架,基于SpringBoot2.xSpringSecurity向上依赖jjwt0.7.0构建用户认证鉴权,起因是某L觉得jjwt0.7.0版本,官方已经放弃维护,且从maven仓库对0…

C++11发展史

文章目录 1.ChatGpt怎么说?2.C官方文档3.C11的诞生4.C11的意义 1.ChatGpt怎么说? C11是C编程语言的一个重要版本,也被称为C0x。它于2011年发布,并引入了许多新的特性和改进,使得C编程更加现代化和强大。 下面是C11的一些主要特性和发展历…

IDEA报Error:java:无效的源发行版13解决方式

出现问题原因:原本项目是spingboot2.0版本开发的,IDEA启动正常,后期新项目使用spingboot3.0,通过原来的IDEA版本及JDK1.8启动报上述错误,以下为版本文件 解决方式: 项目背景:项目已经上线&…

C++算法:图中的最短环

题目 现有一个含 n 个顶点的 双向 图,每个顶点按从 0 到 n - 1 标记。图中的边由二维整数数组 edges 表示,其中 edges[i] [ui, vi] 表示顶点 ui 和 vi 之间存在一条边。每对顶点最多通过一条边连接,并且不存在与自身相连的顶点。 返回图中 …

【Python中单引号、双引号和三引号具体的用法及注意点】

Python中单引号、双引号和三引号具体的用法及注意点 这篇文章主要给大家介绍了关于Python中单引号、双引号和三引号具体的用法及注意点的相关资料,Python中单引号、双引号、三引号中使用常常困惑,想弄明白这三者相同点和不同点,需要的朋友可以参考下 文章目录 Python中单引号、…

Zabbix监控系统详解1 :zabbix服务部署、自定义监控项、自动发现与自动注册

文章目录 1. Zabbix 概述1.1 简介1.2 zabbix的功能组件1.2.1 Zabbix Server1.2.2 数据库1.2.3 Web 界面1.2.4 Zabbix Agent1.2.5 Zabbix Proxy1.2.6 Java Gateway 1.3 工作原理1.4 常用端口号1.5 zabbix中预设的键值1.6 自定义监控项相关流程1.7 邮件报警配置思路1.8 Zabbix自动…

气膜建筑的可持续性:能源效益与环境影响

气膜建筑作为现代建筑技术的一种创新形式,不仅为城市景观增添了未来感,同时也在建筑领域引发了可持续性发展的讨论。本文将探讨气膜建筑在可持续性方面的关键议题,特别聚焦于其能源效益和环境影响,以期为未来气膜建筑设计和规划提…

dm关键字提示报错

问题出现 还是那个项目,然后呢因为其中涉及到了关键字,导致查询报错, 提示是REFERENCE出现错误。 问题处理 对于所有的关键字增加双引号可以处理。

服务器中了balckhoues勒索病毒怎么办?勒索病毒解密,数据恢复

近日,云天数据恢复中心发现,有多位用户的服务器中了一种名为balckhoues的勒索病毒,因为绝大多数用户是第一次遇到这种情况,所以对这种类型的勒索病毒并不是很了解。那接下来我们将对balckhoues勒索病毒做一个分析。 中毒特征 服务…

10.12作业

以下是一个简单的比喻,将多态概念与生活中的实际情况相联系: 比喻:动物园的讲解员和动物表演 想象一下你去了一家动物园,看到了许多不同种类的动物,如狮子、大象、猴子等。现在,动物园里有一位讲解员&…

运放供电设计 以及电压反馈电流反馈选择

因为OPA350可以直接驱动大电容 不需要对称,只要输出在电压范围内就可以 注:电流反馈运放一定要注意电阻取值,并且不能并电容