上下文快速切換 - cpost應(yīng)用

我們通常認(rèn)為，在中斷中，不能執(zhí)行耗時(shí)的操作，否則會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于嵌入式編程。對(duì)于帶操作系統(tǒng)的程序而言，可以通過(guò)操作系統(tǒng)的調(diào)度，將中斷處理分成兩個(gè)部分，耗時(shí)的操作可以放到線程中去執(zhí)行，但是對(duì)于沒(méi)有操作系統(tǒng)的情況，又應(yīng)該如何處理呢

比較常見(jiàn)的，我們可能會(huì)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(zhí)行具體的邏輯，但是這樣，無(wú)疑會(huì)增加耦合，增加程序維護(hù)成本。

cpost

cpost正是應(yīng)用在這種情況下的一個(gè)簡(jiǎn)單但又十分方便的工具，它可以特別方便的進(jìn)行上下文的切換，減少模塊耦合。

cpost鏈接：

?

https://github.com/NevermindZZT/cpost

?

cpost借鑒的Android的handler機(jī)制，通過(guò)在mainloop中跑一個(gè)任務(wù)，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(zhí)行的函數(shù)，使其脫離調(diào)用處的上下文，運(yùn)行在mainloop中。cpost還支持延遲處理，可以指定函數(shù)在拋出后多久執(zhí)行

使用

cpost的使用十分簡(jiǎn)單，這里以使用在嵌入式無(wú)操作系統(tǒng)中為例，主要用作中斷延遲處理的情況

1、配置系統(tǒng)tick

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

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

2、配置處理進(jìn)程

在mainloop調(diào)用cpostProcess函數(shù)

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

3、拋出任務(wù)

在中斷等需要進(jìn)行上下文切換的地方調(diào)用cpsot接口，使其在mainloop中運(yùn)行

cpost(intHandler);

原理解析

cpost的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，其代碼量也十分少，總共加起來(lái)就只有幾十行代碼，cpost維護(hù)了一個(gè)而全局的數(shù)組

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

其中，數(shù)組的每一個(gè)元素表示包含了需要執(zhí)行的函數(shù)和參數(shù)，當(dāng)調(diào)用cpost接口時(shí)，被post的函數(shù)和參數(shù)會(huì)被保存在這個(gè)數(shù)組中，然后mainloop中運(yùn)行的cpostProcess函數(shù)會(huì)遍歷這個(gè)數(shù)組，當(dāng)滿足條件時(shí)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的函數(shù)，從而達(dá)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(shí)，cpost的方式，和一開(kāi)始提到的使用全局的flag進(jìn)行上下文切換的方法很像，只不過(guò)，cpost通過(guò)一個(gè)數(shù)組的維護(hù)和直接post函數(shù)的方式，省去了維護(hù)flag的成本，也不需要將需要執(zhí)行的函數(shù)耦合到mianloop中，從而變得簡(jiǎn)單易用。

完美解耦 - cevent應(yīng)用

對(duì)于模塊化編程來(lái)說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)各模塊間的解耦一直是一個(gè)比較令人頭疼的問(wèn)題，特別是對(duì)于嵌入式編程，由于控制邏輯復(fù)雜，并且對(duì)程序體積有控制，經(jīng)常容易寫(xiě)出各獨(dú)立模塊之間相互調(diào)用的問(wèn)題。由此，cpost中的cevent組件，通過(guò)模仿Android系統(tǒng)中的廣播機(jī)制，提供了一種非常簡(jiǎn)單的模塊間解耦實(shí)現(xiàn)。

原理

cevent借鑒的是Android系統(tǒng)的廣播機(jī)制，一方面，各模塊在工作的時(shí)候，都會(huì)有多個(gè)具體的事件點(diǎn)，在高耦合的編程中，可能會(huì)在這些地方調(diào)用其他模塊的功能，比如說(shuō)，在通信模塊接收到指令的時(shí)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(gè)事件，當(dāng)前模塊不需要關(guān)心在這各地方需要執(zhí)行哪些其他模塊的邏輯，由其他模塊，或者用戶定義一個(gè)事件監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)具體的事件發(fā)生時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

使用

cevent使用注冊(cè)的方式監(jiān)聽(tīng)事件，會(huì)依賴于編譯環(huán)境，目前支持keil，iar，和gcc，對(duì)于gcc，需要修改鏈接文件(.ld)，在只讀數(shù)據(jù)區(qū)添加：

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

1、初始化cevent

系統(tǒng)初始化時(shí)，調(diào)用ceventInit

ceventInit();

2、注冊(cè)cevent事件監(jiān)聽(tīng)

在c文件中，調(diào)用CEVENT_EXPORT導(dǎo)出事件監(jiān)聽(tīng)

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

3、發(fā)送cevent事件

在事件發(fā)生的地方，調(diào)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(xí)慣會(huì)在程序啟動(dòng)的時(shí)候，調(diào)用各個(gè)模塊的初始化函數(shù)，其實(shí)這也是一種耦合，會(huì)造成main函數(shù)中出現(xiàn)很長(zhǎng)的初始化代碼，借助cevent，我們可以對(duì)初始化進(jìn)行優(yōu)化解耦。

1、定義初始化事件

定義初始化事件的值，對(duì)于初始化，有些模塊可能會(huì)依賴于其他模塊的初始化，會(huì)有一個(gè)先后順序要求，所以這里我們可以把初始化分成兩個(gè)階段，定義兩個(gè)事件，當(dāng)然，如果有更復(fù)雜的要求，可以再多分幾個(gè)階段，只需要多定義幾個(gè)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(shù)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(cè)事件監(jiān)聽(tīng)

對(duì)所有需要初始化的函數(shù)注冊(cè)事件監(jiān)聽(tīng)，這里我以對(duì)letter-shell注冊(cè)事件監(jiān)聽(tīng)為例，分為兩個(gè)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(cè)到初始化第一階段，cevent支持將不大于7個(gè)的參數(shù)直接傳遞到注冊(cè)的監(jiān)聽(tīng)函數(shù)中，下面的注冊(cè)方式，相當(dāng)于在EVENT_INIT_STAGE1事件發(fā)生的地方，也就是main函數(shù)中對(duì)應(yīng)的位置，調(diào)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(shù)注冊(cè)到初始化第二階段。

CEVENT_EXPORT(EVENT_INIT_STAGE1,?shellInit);

使用cevent解耦mainloop

再無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入式編程中，我們?nèi)绻瑫r(shí)希望運(yùn)行多個(gè)模塊的邏輯，通常是在mainloop中循環(huán)調(diào)用，這種將函數(shù)寫(xiě)入mainloop的做法，也會(huì)增加耦合

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

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

通過(guò)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(duì)其他模塊的調(diào)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(cè)事件監(jiān)聽(tīng)

分別在各個(gè)模塊中，注冊(cè)對(duì)mainloop事件的監(jiān)聽(tīng)

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

CEVENT_EXPORT(EVENT_MAIN_LOOP,?LedProcess);

結(jié)語(yǔ)

cevent是一個(gè)非常小的模塊，本身代碼及其簡(jiǎn)單，但是，通過(guò)模仿廣播機(jī)制，讓cevent可以發(fā)揮很強(qiáng)大的功能，通過(guò)，還可以結(jié)合cpost，實(shí)現(xiàn)延遲事件等功能。

編輯：黃飛

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