【BES2500x系列 -- RTX5操作系统】深入探索CMSIS-RTOS RTX -- 任务管理篇 -- 线程管理 --（二）

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💌 所属专栏：【BES2500x系列】

😀 作者：我是夜阑的狗🐶

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文章目录

前言
1 介绍
2 功能特性
3 任务管理
- - 3.1 线程管理
  - - 3.1.1 定义
    - 3.1.2 线程钩子函数
    - 3.1.3 创建
总结

前言

大家好，又见面了，我是夜阑的狗🐶，本文是专栏【BES2500x系列】专栏的第2篇文章;
今天开始学习BES2500x系列的一天💖💖💖，开启新的征程，记录最美好的时刻🎉，每天进步一点点。
专栏地址：【BES2500x系列】，此专栏是我是夜阑的狗对BES2500x系列开发过程的总结，希望能够加深自己的印象，以及帮助到其他的小伙伴😉😉。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。

<<【系列文章索引】>>

1 介绍

在实际工作中，针对于 BES 系统的文档少之又少。有时候在没有文档的辅助下光看代码，发现理解效率会慢很多，所以针对于这种情况，本人在学习的过程中会把一些讲解过程记录下来，以便自己后续再来复盘。说实话自己有时候看着看着看懂了，但事后没有记上笔记的话，估计过了几个星期就只剩下模糊的概念了。没办法，本人脑子记忆力没办法，只能通过不断记录自己的所学所见，然后在不断复盘精进自己。话不多说，那接下来学习 RTX 中的线程是怎么创建和使用的吧，让我们原文再续，书接上回吧。

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2 功能特性

在实时操作系统（RTOS）中，任务管理和同步通信是关键组件，它们确保系统的高效和有序执行。本文将探讨这些概念，特别是线程管理、信号量、互斥锁、消息队列和邮箱处理。

任务管理：RTX 提供任务创建、调度和优先级管理，确保任务按照优先级及时执行。
同步与通信：包括信号量、互斥锁、消息队列和邮箱，促进任务间的同步和数据交换。
内存管理：内存池和动态内存分配，有效管理有限的系统资源。
定时器服务：虚拟和硬件定时器，支持周期性任务和一次性事件触发。
中断处理：保证中断服务的快速响应，同时保持任务的上下文安全。
线程安全：通过内核级保护机制，防止多线程环境下的数据竞争和死锁。

3 任务管理

RTX 提供任务创建、调度和优先级管理，确保任务按照优先级及时执行。任务（线程）管理是 RTOS 的核心组成部分，它负责调度和控制系统的各个并发执行的任务。

3.1 线程管理

线程是操作系统调度的基本单元，一个进程可以包含一个或多个线程。线程允许并发执行，提高了系统的资源利用率和响应速度。

3.1.1 定义

线程是操作系统中的执行实体，每个线程都有自己的程序计数器、寄存器和栈。在一个进程中，多个线程可以并发执行，共享进程的资源，提高系统效率。
一般在文件开头会看到这样的定义：osThreadDef。注意：定义的时候可以配置线程的优先级，具体的个数（可以类比结构体数组进行理解），线程堆栈大小等，这里只是一个参考，具体的参数根据实际的需求设定。

/**
 * 定义一个操作系统的线程。
 * 
 * 该函数定义了一个名为app_thread的线程，设置了它的优先级为osPriorityHigh（高优先级），
 * 使用的栈大小为APP_THREAD_STACK_SIZE，并且给线程起了一个名称"app_thread"。
 * 
 * @param app_thread 线程的函数入口点。
 * @param osPriorityHigh 线程的优先级，这里设置为高优先级。
 * @param 1 线程的优先级调整量，此处未使用。
 * @param APP_THREAD_STACK_SIZE 线程使用的栈的大小。
 * @param "app_thread" 线程的名称。
 */
osThreadDef(appTestThread1, (osPriorityAboveNormal), 1, (BESBT_STACK_SIZE), 
"appTestThread1"); 
/**
 * 声明一个线程的ID。
 * 
 * 该变量用于存储app_thread线程的ID，以便于后续对线程的管理和操作。
 */
osThreadId app_test1_tid = NULL;

app_test1_tid 用于存储 app_thread 线程的 ID，以便于后续对线程的管理和操作。

/*
 * 定义一个操作系统的线程定义。
 * 
 * 参数：
 * name: 线程名称的前缀。
 * priority: 线程的优先级。
 * instances: 线程实例的数量。如果为1，则创建一个静态实例；否则，创建动态实例。
 * stacksz: 线程栈的大小（字节）。如果为0，则分配最小栈大小。
 * task_name: FreeRTOS任务的名称。
 * 
 * 返回值：无。
 * 
 * 说明：此宏用于预先定义线程的栈、控制块和FreeRTOS线程定义结构体。
 */
#define osThreadDef(name, priority, instances, stacksz, task_name) \
static uint64_t os_thread_stack##name[(stacksz > 0)?(((stacksz+7)/8)):1]; /* 线程栈数组 */ \
static StaticTask_t os_thread_cb_##name; /* 静态任务控制块 */ \
const osThreadDef_t os_thread_def_##name = /* 线程定义结构体 */ \
{ (name), \
  { task_name, osThreadDetached, \
    (instances == 1) ? (&os_thread_cb_##name) : NULL,\
    (instances == 1) ? sizeof(StaticTask_t) : 0U, \
    ((stacksz > 0) && (instances == 1)) ? (&os_thread_stack##name) : NULL, \
    8*((stacksz+7)/8), /* 线程栈大小，以字节为单位 */ \
    (priority), 0U, 0U } }

此宏用于预先定义线程的栈、控制块和 FreeRTOS 线程定义结构体。

3.1.2 线程钩子函数

线程钩子函数是在特定事件（如线程创建、结束或挂起）发生时被调用的用户自定义函数。它们允许开发者在这些关键点插入自定义行为。线程钩子函数（也称为回调函数）是在线程生命周期的关键时刻被调用的函数。例如，vApplicationStackOverflowHook() 是FreeRTOS 中的一种线程钩子，当检测到堆栈溢出时会被调用，以执行错误处理或调试操作。

/**
 * @brief 应用测试线程1的实现函数。
 * 
 * 该线程循环执行，主要功能包括输出日志信息和处理消息队列及邮件。
 * 
 * @param argument 线程启动参数，在本实现中未使用。
 */
static void appTestThread1(void const *argument) 
{
    while(1) { // 无限循环以保持线程持续运行

        // 输出线程运行标识到日志，级别为1
        TRACE(1, "appTestThread1\n");

        // 从app_test1_queue_id关联的消息队列中阻塞等待并获取一条消息
        // osWaitForever表示如果没有消息则永远等待
        osMessageGet(app_test1_queue_id, osWaitForever);

        // 轮询检查并处理与app_test1相关的邮件
        app_test1_mail_poll();
    }
}

其中，osWaitForever 表示如果没有消息则永远等待。该线程循环执行，主要功能包括输出日志信息和处理消息队列及邮件。

3.1.3 创建

线程的创建通常通过调用 RTOS 提供的 API 完成，例如 FreeRTOS 中的 xTaskCreate() 函数，它需要线程入口函数、参数、优先级等信息。线程创建通常涉及以下步骤：

定义线程的属性，如优先级、栈大小和入口函数。
调用创建函数，如 FreeRTOS 的 xTaskCreate() ，传入定义好的参数。

/**
 * @brief 初始化应用测试线程1。
 * 
 * @description 该函数负责创建并启动appTestThread1线程，同时将线程初始化的信息输出到日志。
 */
void app_test1_thread_init(void) 
{
    // 创建appTestThread1线程，不传递任何参数给线程函数
    // 并将新线程的ID赋值给app_test1_tid
    app_test1_tid = osThreadCreate(osThread(appTestThread1), NULL);

    // 输出线程初始化完成的信息到日志，包括线程ID，日志级别为1
    TRACE(1, "appTestThread1Init: %p\n", app_test1_tid);
}

所以，先定义一个线程，通过 osThreadDef 设置线程名、优先级、堆栈大小，之后通过 osThread 获取配置的结构体变量的指针，并将其作为形参传入 osThreadCreate() 函数中，osThreadCreate 函数会将新创建的线程加入到在运行的线程列表中，并将其状态修改为 ready 。

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总结

感谢观看，这里就是深入探索CMSIS-RTOS RTX – 任务管理篇 – 线程管理的讲解，如果觉得有帮助，请给文章点个赞吧，让更多的人看到。🌹 🌹 🌹

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