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发表于 2023-7-19 22:14:12
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本帖最后由 CosyOS 于 2023-9-10 12:18 编辑
CosyOS 的三大技术特点
今天，我们从实际出发，来谈一谈CosyOS的技术特点，而不是采用“假大空”、“高大上”的方式，如“某某风格”、“面向某某”，等华丽的词藻。
一：内核对象静态创建
CosyOS的内核对象，一般采用静态创建方式，这样可以一步完成创建，简单易用。
调用API操作内核对象时，一般均输入内核对象的名称，而非句柄指针，具体请参考API相关说明。
二：所有内核全局不关总中断（零中断延迟）
此前已做过多次论述，此处不再详述，只再重复一句话：
★★★只要您的用户中断不是最低优先级就可实现零中断延迟★★★
三：独家技术实现系统服务的可重入，使51彻底摆脱可重入栈全面提速
系统服务分为滴答服务、任务服务、中断同步服务、中断异步服务等，各类服务分别调用互不干涉。
首先您需知道，系统滴答、PendSV、任务临界区中，三者之间是互斥访问的。详情请参阅《CosyOS-所有内核全局不关中断原理.md》。
滴答服务：仅在系统滴答/定时器0中断中调用，所以不会重入。
中断异步服务：服务的结构体指针入中断服务栈后在PendSV中执行，所以不会重入。
中断同步服务：采用特别的优化，实现了服务函数的可重入（形参和局部变量均为寄存器变量），
再配合互斥访问机制，实现了全局资源（全局变量、消息邮箱、消息队列）的互斥访问。
详情请参阅源码，关于互斥访问机制，请参阅《CosyOS-所有内核全局不关中断原理.md》。
任务服务：
任务服务大体上可分为三类，需重点讲解一下：
1：本地代码
do{ \
进入任务临界区; \
本地执行服务; \
退出任务临界区; \
}while(false)
由于是本地独立的代码，并非调用函数，所以不存在重入的问题。
CosyOS仅在两种情况下才会采用本地代码：
（1）：对于51单片机来说，调用函数的代码量（仅指调用过程，即传参）比本地代码的代码量还要大（如定时中断、定时查询）；
（2）：如果不采用本地代码将无法实现服务功能（如发送私信）。
2：调用服务函数（无返回值）
do{ \
进入任务临界区; \
调用服务函数(); \
}while(false)
由于是在进入任务临界区之后才调用的服务函数，所以服务函数是不会重入的，也不需要可重入。
服务函数在返回时会自动退出任务临界区。
3：调用服务函数（有返回值）
( \
__enter_critical() || true ? 调用服务函数() : 返回一个其它值 \
)
采用三目运算，巧妙的实现了在进入任务临界区之后再调用服务函数并返回值。三目运算的优势在于可进行常量优化。
__enter_critical()返回后，|| true，其结果必然为真，编译后将不再做条件判断，而是直接调用服务函数并返回值。“为假时返回一个其它值”也会被优化掉。
下面以启动任务为例加以说明：
/* API */
#define /*|ecode|*/uStartTask(task, state) sUSV_StartTask(&vTaskHandle_##task, state)
/* 服务 */
#define sUSV_StartTask(thdl, state) \
( \
__enter_critical() || true ? __start_task(thdl, !state ? __READY__ : __READY__ | __SUSPENDED__) : false \
)
C51应用示例：
uStartTask(sensor_task, __READY__);
编译后：
C:0xC026 12DA0B LCALL enter_critical(C:DA0B)
C:0xC029 7E14 MOV R6,#0x14
C:0xC02B 7F06 MOV R7,#0x06
C:0xC02D E4 CLR A
C:0xC02E FD MOV R5,A
C:0xC02F 12D4E8 LCALL _start_task(C:D4E8)
可见，编译后为三步：
1、调用enter_critical()；
2、传参（R6、R7为任务句柄的指针，R5为任务状态）；
3、调用__start_task()。
优化掉了其它无用的环节，厉害了吧？
对于这一类服务又分为两种情况：
一、在服务函数内会一气呵成，最后退出任务临界区并返回常量或寄存器变量。
。。。。。。
进入任务临界区 → 本地执行服务 → 退出任务临界区并返回
。。。。。。
这一类服务函数，在退出任务临界区之前是不会重入的，在退出之后是可重入的。
由于这一类服务比较简单，不再举例说明。
二、会中途退出任务临界区并触发任务调度，当再次回到当前位置时（任务切换回来时），会再次进入任务临界区并继续执行服务，而后再退出任务临界区并返回常量或寄存器变量。
。。。。。。
第一阶段：进入任务临界区 → 服务入[vTASKING] → 退出任务临界区并触发任务调度
PendSV中切换任务（可能）
第二阶段：再次进入任务临界区 → 继续执行服务 → 退出任务临界区并返回
。。。。。。
这一类服务是含有超时机制的服务，共包括八大服务：等待或获取二值信号量、获取互斥信号量、获取计数信号量、等待标志组、任务中接收飞信、任务中接收私信、任务中接收邮件、任务中接收消息。
具体过程：（vTASKING 为当前任务节点的指针）
1、在第一阶段，已将内核对象指针存入vTASKING->ptr；
2、而后在PendSV中，会访问非延时阻塞（超时阻塞）状态的各任务节点->ptr，以调整任务状态、查找最高优先级的就绪任务；
3、在第二阶段，再次进入任务临界区后，将vTASKING->ptr赋值给内核对象指针变量，继续执行服务。
这一类服务函数，在第一阶段是不会重入的，第二阶段也是不会重入的，但服务函数可能已经重入了（因为可能切换过其它任务）。
对于51来说，内核对象指针可能已经改变（因为内核对象指针变量有可能是内存变量，服务重入后指针将改变），
所以需要将vTASKING->ptr再次赋值给内核对象指针变量以恢复原值，然后再执行服务。
下面以获取二值信号量为例加以说明：
/* API */
#define /*|res|*/uTakeBin(bin, tc) sUSV_TakeBin(bin, tc)
/* 服务 */
#define sUSV_TakeBin(bin, tc) \
( \
__enter_critical()||true?__take_bin((bool *)&bin, tc):false \
)
/* 服务函数 */
bool __take_bin(bool _XDATA_MEM_ *p, tDelay tc) // p为二值信号量指针变量，对于51来说，_XDATA_MEM_为xdata
{
if(*p) goto __RET_TRUE;
if(!tc) goto __RET_FALSE;
vDELAY_STMR[vTASKING->TID] = tc; // 赋值超时时间给延时定时器
vTASKING->state = __BLOCKED__; // 赋值当前任务状态为阻塞
vTASKING->blocktype = __BINARY__ | sizeof(bool); // 赋值阻塞类型为二值信号量阻塞，指针为单字节数据类型
vTASKING->ptr = p; // 将二值信号量指针存入vTASKING->ptr
suTaskScheduler; // 退出任务临界区并触发任务调度，当再次回到当前位置时，服务函数可能已经重入，对于51来说，内核对象指针可能已经改变
p = (bool *)vTASKING->ptr; // 所以需要将vTASKING->ptr重新赋值给二值信号量指针变量
if(*p) goto __RET_TRUE; // 再次访问二值信号量指针变量
__RET_FALSE:
mExitCritical;
return false;
__RET_TRUE:
*p = false; // 再次访问二值信号量指针变量
mExitCritical;
return true;
}
可见，通过上述方法，可完美实现这一类服务的可重入，使51彻底摆脱可重入栈全面提速。
上述方法虽然会导致251、Arm等内核执行服务的性能稍有下降，但对于51来说，性能却有质的提升。
而且此法还适用于任何MCU和编译器，都能确保安全可靠和卓越性能。
对于51来说，在类型定义（os_redef.h）和服务函数中，内核对象指针变量一律指定指针域为xdata，这样操作不仅可显著的减少内存占用和代码量，还可提速。
对于51来说，用户需注意，内存模型一定要选择Large。
以上就是CosyOS的三大技术特点。（完）
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发表于 2023-7-18 10:15:33
发表于 2023-7-19 23:13:47
，32位8051世界又向前跨了一大步
