上下文快速切換 - cpost應用

我們通常認為，在中斷中，不能執行耗時的操作，否則會影響系統的穩定性，尤其對于嵌入式編程。對于帶操作系統的程序而言，可以通過操作系統的調度，將中斷處理分成兩個部分，耗時的操作可以放到線程中去執行，但是對于沒有操作系統的情況，又應該如何處理呢

比較常見的，我們可能會定義一些全局變量，作為flag，然后在mainloop中不停的判斷這些flag，再在中斷中修改這些flag，最后在mainloop中執行具體的邏輯，但是這樣，無疑會增加耦合，增加程序維護成本。

cpost

cpost正是應用在這種情況下的一個簡單但又十分方便的工具，它可以特別方便的進行上下文的切換，減少模塊耦合。

cpost鏈接：

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https://github.com/NevermindZZT/cpost

?

cpost借鑒的Android的handler機制，通過在mainloop中跑一個任務，然后在其他地方，可以是中斷，也可以是模塊邏輯中，直接拋出需要執行的函數，使其脫離調用處的上下文，運行在mainloop中。cpost還支持延遲處理，可以指定函數在拋出后多久執行

使用

cpost的使用十分簡單，這里以使用在嵌入式無操作系統中為例，主要用作中斷延遲處理的情況

1、配置系統tick

配置cpost.h中的宏CPOST_GET_TICK()，配置成獲取系統tick，以stm32 hal為例

#define?????CPOST_GET_TICK()????????????HAL_GetTick()

2、配置處理進程

在mainloop調用cpostProcess函數

int?main(void)
{
????...
????while?(1)
????{
????????cpostProcess();
????}
????return?0;
}

3、拋出任務

在中斷等需要進行上下文切換的地方調用cpsot接口，使其在mainloop中運行

cpost(intHandler);

原理解析

cpost的原理其實很簡單，其代碼量也十分少，總共加起來就只有幾十行代碼，cpost維護了一個而全局的數組

CpostHandler?cposhHandlers[CPOST_MAX_HANDLER_SIZE]?=?{0};

其中，數組的每一個元素表示包含了需要執行的函數和參數，當調用cpost接口時，被post的函數和參數會被保存在這個數組中，然后mainloop中運行的cpostProcess函數會遍歷這個數組，當滿足條件時，執行對應的函數，從而達到上下文切換的目的

void?cpostProcess(void)

{
????for?(size_t?i?=?0;?i?=?cposhHandlers[i].time)
????????????{
????????????????cposhHandlers[i].handler(cposhHandlers[i].param);
????????????????cposhHandlers[i].handler?=?NULL;
????????????}
????????}
????}
}

其實，cpost的方式，和一開始提到的使用全局的flag進行上下文切換的方法很像，只不過，cpost通過一個數組的維護和直接post函數的方式，省去了維護flag的成本，也不需要將需要執行的函數耦合到mianloop中，從而變得簡單易用。

完美解耦 - cevent應用

對于模塊化編程來說，如何實現各模塊間的解耦一直是一個比較令人頭疼的問題，特別是對于嵌入式編程，由于控制邏輯復雜，并且對程序體積有控制，經常容易寫出各獨立模塊之間相互調用的問題。由此，cpost中的cevent組件，通過模仿Android系統中的廣播機制，提供了一種非常簡單的模塊間解耦實現。

原理

cevent借鑒的是Android系統的廣播機制，一方面，各模塊在工作的時候，都會有多個具體的事件點，在高耦合的編程中，可能會在這些地方調用其他模塊的功能，比如說，在通信模塊接收到指令的時候，需要閃爍一下指示燈。

使用cevent，我們可以在這些地方拋出一個事件，當前模塊不需要關心在這各地方需要執行哪些其他模塊的邏輯，由其他模塊，或者用戶定義一個事件監聽，當具體的事件發生時，執行相應的動作。

使用

cevent使用注冊的方式監聽事件，會依賴于編譯環境，目前支持keil，iar，和gcc，對于gcc，需要修改鏈接文件(.ld)，在只讀數據區添加：

_cevent_start?=?.;
KEEP?(*(cEvent))
_cevent_end?=?.;

1、初始化cevent

系統初始化時，調用ceventInit

ceventInit();

2、注冊cevent事件監聽

在c文件中，調用CEVENT_EXPORT導出事件監聽

CEVENT_EXPORT(0,?handler,?(void?*)param);

3、發送cevent事件

在事件發生的地方，調用ceventPost拋出事件

ceventPost(0);

使用cevent解耦模塊初始化

嵌入式編程中，我們習慣會在程序啟動的時候，調用各個模塊的初始化函數，其實這也是一種耦合，會造成main函數中出現很長的初始化代碼，借助cevent，我們可以對初始化進行優化解耦。

1、定義初始化事件

定義初始化事件的值，對于初始化，有些模塊可能會依賴于其他模塊的初始化，會有一個先后順序要求，所以這里我們可以把初始化分成兩個階段，定義兩個事件，當然，如果有更復雜的要求，可以再多分幾個階段，只需要多定義幾個事件就行

#define?????EVENT_INIT_STAGE1???????0
#define?????EVENT_INIT_STAGE2???????1

2、初始化cevent，拋出事件

在main函數中初始化cevent，并拋出初始化事件

int?main(void)
{
????...
????ceventInit();

????ceventPost(EVENT_INIT_STAGE1);
????ceventPost(EVENT_INIT_STAGE2);
????...
????return?0;
}

3、注冊事件監聽

對所有需要初始化的函數注冊事件監聽，這里我以對letter-shell注冊事件監聽為例，分為兩個部分，初始化串口和初始化shell。

在serial模塊中，將串口初始化注冊到初始化第一階段，cevent支持將不大于7個的參數直接傳遞到注冊的監聽函數中，下面的注冊方式，相當于在EVENT_INIT_STAGE1事件發生的地方，也就是main函數中對應的位置，調用serialInit(&debugSerial)

CEVENT_EXPORT(EVENT_INIT_STAGE1,?serialInit,?(void?*)(&debugSerial));

然后再shell模塊中，將shell初始化函數注冊到初始化第二階段。

CEVENT_EXPORT(EVENT_INIT_STAGE1,?shellInit);

使用cevent解耦mainloop

再無操作系統的嵌入式編程中，我們如果同時希望運行多個模塊的邏輯，通常是在mainloop中循環調用，這種將函數寫入mainloop的做法，也會增加耦合

int?main(void)
{
????...

????while?(1)
????{
????????//?寫在mainloop中的模塊邏輯
????????shellTask(&shell);
????????LedProcess();
????????...
????}
????return?0;
}

通過使用cevent，也可以很方便的消除這種耦合

1、定義mainloop事件

定義mainloop事件的值

#define?????EVENT_MAIN_LOOP?????????3

2、在mainloop中拋出事件

去掉mainloop中對其他模塊的調用，改為排除mainloop事件

int?main(void)
{
????...

????while?(1)
????{
????????ceventPost(EVENT_MAIN_LOOP);
????}
????return?0;
}

3、在各模塊中注冊事件監聽

分別在各個模塊中，注冊對mainloop事件的監聽

CEVENT_EXPORT(EVENT_MAIN_LOOP,?shellTask,?(void?*)(&shell));

CEVENT_EXPORT(EVENT_MAIN_LOOP,?LedProcess);

結語

cevent是一個非常小的模塊，本身代碼及其簡單，但是，通過模仿廣播機制，讓cevent可以發揮很強大的功能，通過，還可以結合cpost，實現延遲事件等功能。

編輯：黃飛

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