Nucleus Plus的读书笔记

RTOS: Nucleus Plus的读书笔记- -

以前用过Vxworks, 由于工作需要，接触到Nucleus, 随手写的一个读书笔记，主要注重Nucleus Plus (NP)和其他Embedded OS 的差别。

1.1        About Nucleus Plus

实时、抢占、多任务内核，用于时间要求严格的嵌入式应用；95%的Nuclear PLUS用ANSI C写成；便于移植，能用于绝大多数微处理器架构。

片上RTOS！

Nuclear PLUS常作为C库来使用。其发布形式为源码方式。

1.2        实时应用

不用多说了，J

1.3        Why Nucleus PLUS

提供任务管理（调度），任务间通信，任务同步，时钟，内存管理。

1.4        How to use Nucleus PLUS

将Nuclear PLUS当成一个C库来用。应用软件中用到的服务从Nuclear PLUS库中获取，和应用目标组合得到完整的映像（可执行代码）。映像被下载到目标机系统或ROM中。

使用Nuclear PLUS的一般步骤：

1）  如果必要，可以修改地及初始化文件，INT.*

注意：该文件常为汇编语言形式，其扩展名根据开发工具指定；

2）  定义Application_Initialize函数，其在Nuclear PLUS引导系统前执行。注意：为了进行NP的系统调用，文件NUCLEUS.H必须被包含；

3）  定义应用任务。如果使用了NP服务，NULCEUS.H必须包含；

4）  编译/汇编所有的应用软件，包括底层的系统初始化文件INT.*；

5）  连接INT，所有的应用目标文件以及NP库，以及任何必要的开发库；

6）  下载完整的应用映像到目标系统，Run it！

1.4.1        Application Initialization

典型结构：

1.4.2        目标系统要求

NP大小：CISC系统上最大20Kb，RISC系统上40Kb；需要1.5Kb RAM。以上不包括应用程序，队列，管道或其他NP对象用到的内存。

NP不试图改变任何存在的数据元素，其容易被放在ROM中。对每个开发环境来说，NP都存在ROM可用的属性。

目标包括TRM（Target-Resident Monitor）的情况....

1.4.3        配置选项

1.4.4        系统初始化

INT_INITIALIZE例程一般为NP中第一个执行的。对大部分目标环境，INT_INITIALIZE包含硬件复位向量，其负责所有目标相关的初始化，如建立不同的处理器控制寄存器，中断向量表，全局C数据变量，几个NP变量，系统堆栈指针。

系统初始化完成后，控制流进入NP高级初始化INC_INITIALIZE。注意，不会在返回系统初始化。

INC_INITIALIZE调用用户初始化例程，Application_Initialize() （简称AI）。AI负责初始化应用环境，如初始化应用任务，邮箱（mailboxes），队列，管道，信号灯，事件组，内存池，其他NP变量。

AI完成后，INC_Initialize()初始化任务调度。

1.4.5        内存的使用

NP提供给应用定制每个系统对象使用内存的能力。系统对象包括：任务，HISRs（硬件中断？？），队列，管道，邮箱，信号灯，事件标志组，内存分区池，动态内存池，I/O驱动。每个系统对象需要一个控制结构（变量），某些对象需要附加的内存。

分配系统对象内存的几种方法：1) 最简单的办法，用C的全局数据结构来分配；2) 动态分配内存，可以从动态内存池，或分区内存池；3) 从目标系统的绝对物理地址分配内存。

1.4.6        执行的线程

NP有8种线程执行模式：初始化，系统错误，调度循环，任务，信号处理，用户ISR，LISR（Low-Level ISR）, HISR(High-Level ISR)。

1.5        任务控制

任务是一个有特定目的的半独立程序。现代实时应用常为多任务，而且任务的重要性常发生变化。

任务状态：执行，准备，悬挂，终止，完成

抢占、放弃（同优先级轮转），时间片，动态创建（任务数量也许没限制，每个任务需要控制块和堆栈），确定性，堆栈检测，任务信息，优先级（0~255，0最高）

"饥饿"，高优先级总"Ready"，则低优先级任务没机会执行。

1.6        动态内存分配

用户指定内存池大小；吃的内存为只有应用程序决定；支持变长度分配和释放。

分配规则：First Fit

支持"延迟"分配，FIFO或优先级确定顺序。

内存池可以动态创建。

确定性问题：分配~不确定，释放~确定

1.7        分区内存

分区内存池包含用户指定固定大小的内存区。其位置、大小有应用程序决定。在分区池中进行单个的分区的分配和释放。需要一些附加工作！

延迟（悬挂）：无条件，超时，无悬挂

可以动态创建和消除

确定性：无需搜索，分配和释放分区的过程快速且固定（时间一定）。但其处理时间，受悬挂任务的优先级顺序等影响。

1.8        Mailboxes

"邮箱"提供了低代价的简单信息传递机制。每个Mailbox能够储存4个32位的字(WORDS)。消息的发送和接收为值。发送消息时，需要将消息Copy到"邮箱"，接受消息需要将消息Copy出邮箱。

延迟：无条件延迟，超时，无延迟

广播：Mailbox消息可以是广播的。

动态创建和删除

确定性：发送和接收消息的处理时间是常值的。但受悬挂任务的优先级影响。

1.9        队列

提供传送多消息的机制。消息的发送和接收为值。。。。

消息可以放队列头或尾。

消息大小：包括1个或多个32位字；支持固定或变长度的消息，队列创建时定义消息格式，变长度需要附加1个字。

1.10    管道

提供多消息传递机制；值；Copy入，Copy出；消息可以放在管道前或后。

消息大小：1个或多字节；固定或变长的消息被支持；创建时定义。

1.11    信号灯

信号灯提供应用程序关键部分的控制执行机制；NP提供的计数信号灯（可用信号灯）范围为0~4,294,967,294.

信号灯两个基本操作：获取、释放。

信号灯创建时指定初始值用于指示事件。

延迟：无条件，超时，无延迟

死锁：指当两个或更多的任务由于企图获取两个或更多信号灯而永远死锁。"阻止"（Prevention）是解决这个问题的好办法，具体依赖于应用，如每个任务不能占用1个以上的信号灯，或所有任务按相同顺序去获取多个信号灯，可选的"超时"设定等。

优先级反转：当高优先级的任务悬挂在低优先级拥有的信号灯上。该情况在不同优先级共享相同的保护资源时是客观存在的。此时，反转的时间有限或可估计时，是可接受的。然而，如果在优先级反转期间，低优先级任务被中等优先级任务抢占，则反转的时间则是不确定，该种情况应该避免，可以通过使得所有使用相同信号灯的任务具有相同的优先级。

（？？？这个和Vxworks有点不一样？？）

1.12    事件组（Event Group）

指示某确定系统事件发生。一个事件由事件组中的单个位表示，该位叫事件标志位。每个事件组有个32个事件标志位。

用AND/OR去设置或清除事件标志。此外，当事件被接收后，事件标志可能被自动复位。

1.13    信号（Signals）

信号在某些方面和事件类似，然而，在操作上大不相同。时间标志的使用天生是同步的，任务指导指定的服务需要被给定后，才会去存取事件标志，判断其是否存在。信号操作为异步的，当信号存在时，任务预先指定的信号处理例程被执行，而任务被悬挂。每个任务可以处理32个信号。每个信号由单个位表示。

信号处理例程：必须在任何信号被处理前，指定信号处理例程。在信号处理例程内部遵守的约束和高级终端服务差不多。基本上，大部分NP服务都是可用的，但自身悬挂需要避免。

使能信号处理：缺省信号处理是Diable的。

信号清除：当引用信号处理例程后，信号自动被清除。信号处理例程不会被新的信号例程中断。此外，对信号进行恳求（solicited）请求，信号被清除。注意！！任务不能在信号恳求时悬挂。

多个信号：一旦信号例程开始，该任务的信号就被清除。信号处理不会被新的信号请求终止，在当前信号处理完成后处理新的信号。先前发送的相同信号被抛弃。

1.14    时钟

绝大部分实时系统需要周期时间间隔的处理。每个NP任务有一个内建的时钟，该时钟用于提供任务睡眠或系统调用悬挂超时。

Ticks（嘀嗒）：时间的基本单位。每个Tick对应单个硬件时钟中断。每个Tick表示的实际时间量有用户编程设定。

错误边界：时钟请求可能比实际的时间早一个Tick，这是因为在时钟请求后，Tick可以马上发生。

硬件需求：NP需要周来自迎接的周期时钟中断。如果没有这个中断，时钟工具将不可用。然而，其他的NP工具不会因为缺少时钟工具而被影响（！！强，J）

连续时钟：NP维护一个连续技术Tick时钟，其最大值为4,294,967,294  (2³²），达到最大值后，自动复位。该连续时钟被保留，不用于其他应用使用，可以被应用在任何时候读或写。

任务时钟：每个任务有一个内建时钟能够。用于任务睡眠或悬挂超时，此外，对需要时间片的任务，有个时间片时钟可用。

应用时钟：NP提供给应用可编程时钟。当该时钟到时，执行用户指定的例程。该例程作为高级中断服务例程执行。因此，自悬挂请求是不允许的。此外，处理时间应该尽可能的短。

重新调度：当时钟过期，预先指定例程被执行。执行结束后，时钟可以消失或重新调度。如果重新调度值为零，则初次过期后，时钟消失。如果不为零，则重新调度时钟，设定为这个调度值。

Enable/Disable：在创建期间时钟被自动使能。可以被动态的使能或Diable。

1.15    中断

中断是提供队内部或外部事件立刻反应的机制。当中断发生时，处理器悬挂当前执行路径，把控制流转移到中断服务程序（ISR）。一个中断的精确操作是跟处理器相关。

NP支持可管理或不可管理的ISRs。可管理ISR是指那些不需要保存和恢复上下文的情况，而不可管理是指其负责保存和恢复所用泳道的寄存器。可管理的ISR可以用C或汇编写成；而不可管理的ISR几乎都是汇编写成。

保护：对于所有的实时内核，中断总是产生一些感兴趣的问题。NP当然也不例外。主要问题来自于ISRs需要存取的NP的服务。表面上，这个看起来不是个问题，然而，其需要在系统服务代用期间，防止同时被ISR存取。最简单的方法是在终端服务期间锁住中断。

对中断响应快速实时系统的基础。因此，锁住中断来保护内部数据是不被希望的。NP处理这个问题是通过把应用ISR分为高级和低级部分。

低级ISR（LISR）：LISR和正常ISR一样，使用当前的堆栈。NP在调用LISR前保存上下文，执行LISR后恢复上下文。因此，LISR可用C写，而且可以调用其他C例程。然而，仅有少量的NP服务对LISR可用。如果中断处理例程需要其他的NP服务，则高级ISR（HISR）被激活。NP支持多LISR嵌套。

高级ISR（HISR）：HISR被动态创建或删除。每个HISR拥有自己的堆栈和自己的控制块，其内存有应用提供。当然，在LISR激活前，HISR必须被创建。

由于HISR有自己的堆栈和控制块，当其存取正在被存取的NP数据结构时，可以被临时阻塞。

HISR可以存取绝大部分NP服务，除了自悬挂服务。此外，由于HISR不能悬挂NP服务，其悬挂参数必须总是被设定为NU_NO_SUSPEND。

HISR有3个优先级可用，如果在处理低优先级的HISR时，高优先级的HISRj激活，则低优先级的被"抢占"，这个任务抢占是一样的。相同优先级的HISR根据激活顺序，依次执行（注意!不是轮转哦！！）在正常的任务调度以前，所有激活的HISR被执行。

每个HISR有个激活计数器。该计数器用于保证每个激活都被执行一次。

1.16    I/O驱动

（略）