一.序言
本資料是Trevor Martin編寫的《The Designers Guide to the Cortex-M Processor Family》的摘要，并得到Elsevier的再版許可。查詢更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)到本資料尾部進(jìn)階章節(jié)。
本資料著力于介紹RTX，RTX可運(yùn)行在基于Cortex-M構(gòu)架的微控制器上。尤其，RTX符合CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。CMSIS全稱"Cortex Microcontroller Interface Standard"，定義了基于Cortex-M構(gòu)架的微控制器標(biāo)準(zhǔn)的RTOS Api。CMSIS RTOS Api提供基于RTOS開發(fā)的接口，掌握后可跨多系列微控制器使用。另外，CMSIS RTOS Api也為高級(jí)應(yīng)用（如Java虛擬機(jī)，UML）等提供標(biāo)準(zhǔn)接口。同時(shí)，CMSIS RTOS Api也是不依賴于硬件層的標(biāo)準(zhǔn)接口，支持代碼重復(fù)使用。
作為新手，適應(yīng)RTOS需要大量的練習(xí)，但RTOS的便利性會(huì)使使用者再也不想回到裸板程序。
1.1.起步-安裝工具
要運(yùn)行本資料中的示例代碼，必須安裝MDK-ARM工具鏈�？稍谌缦碌刂废螺d最新版本，并運(yùn)行安裝程序。
http://www.keil.com/mdk5/install 
該安裝程序是MDK-ARM的核心，包括IDE，編譯/鏈接工具和基本調(diào)試模塊。不包括對(duì)基于Cortex-M構(gòu)架微控制器的具體型號(hào)支持，要支持具體的型號(hào)需要下載"Device Family Pack"（集合了啟動(dòng)文件，F(xiàn)lash編程算法和調(diào)試支持）。
本資料中的練習(xí)，均基于STM32F103RB微控制器，所以需要安裝對(duì)應(yīng)的"Device Family Pack"。
初次安裝完畢，Pack Installer會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。也可通過工具欄啟動(dòng)，如圖所示：
在Pack Installer選擇相應(yīng)的模塊安裝，Pack Installer自動(dòng)下載并安裝。 1.2.安裝例程
本資料中涉及到的例程也被做成CMSIS pack下載。在Pack Installer中雙擊Hitex.CMSIS_RTOS_Turorial.xxxx.pack file即可自動(dòng)安裝。 安裝完成后界面如圖： 1.3.硬件需求
不需要硬件支持！
Keil工具鏈包含基于Cortex-M構(gòu)架微控制器的模擬器，并可完全模擬其模型（包括CPU和外設(shè)）。這就意味著可以在debug模式下模擬運(yùn)行。
二.綜述
學(xué)習(xí)本資料，分三個(gè)步驟：
- 首先建立一個(gè)基于Cortex-M構(gòu)架微控制器的RTOS工程，并運(yùn)行起來；
- 進(jìn)一步深入RTOS每個(gè)細(xì)節(jié)，體驗(yàn)RTOS對(duì)應(yīng)用程序的貢獻(xiàn)和閃光點(diǎn)；
- 對(duì)RTOS有個(gè)整體認(rèn)識(shí)后，深入探討如何配置RTOS選項(xiàng)；
對(duì)于沒有接觸過RTOS的新手來說，以下兩點(diǎn)需要克服：
- 進(jìn)程（或者叫任務(wù)），重點(diǎn)在理解進(jìn)程的運(yùn)行原理；
- 進(jìn)程見通訊，重點(diǎn)是理解進(jìn)程間的同步通訊；
2.1.進(jìn)入RTOS的第一步
- RTOS的核心是調(diào)度器（支持輪換、搶占和協(xié)同多任務(wù)），時(shí)間和內(nèi)存管理服務(wù)。進(jìn)程間通訊由額外模塊如信號(hào)、信號(hào)量、互斥量、消息隊(duì)列、消息郵箱等支持完成。而，中斷則通過特權(quán)進(jìn)程由內(nèi)核調(diào)度。
 
2.2導(dǎo)入CMSIS-RTOS Api
- 添加頭文件 <cmsis_os.h>即可調(diào)用CMSIS_RTOS Api，如下：
#include <cmsis_os.h> 該頭文件作為CMSIS-RTOS標(biāo)準(zhǔn)文件。對(duì)于符合CMSIS-RTOS標(biāo)準(zhǔn)的Keil 內(nèi)置RTX是默認(rèn)的Api。其他RTOS應(yīng)該會(huì)包含其特有Api，但只要支持CMSIS_RTOS，即可通過此方式引入。
2.3進(jìn)程
2.4創(chuàng)建進(jìn)程
- 一個(gè)創(chuàng)建進(jìn)程的示例：
Void thread1(void const *parm);
osThreadDef(thread1,osPriorityNormal, 1, 0);
優(yōu)先級(jí) 實(shí)例數(shù) stacksize（0默認(rèn)size）
osThreadId thread1_id = osThreadCreate(osThread(thread1),NULL);
Void thread1(void const *parm)
{
//init code While(1) //thread body { ...... } }
2.5進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程管理
- 一經(jīng)創(chuàng)建，系統(tǒng)分配進(jìn)程ID，進(jìn)程ID是管理進(jìn)程的標(biāo)識(shí)。
進(jìn)程有優(yōu)先級(jí)特性，如圖：
管理進(jìn)程包括設(shè)置優(yōu)先級(jí)，讀取優(yōu)先級(jí)，進(jìn)程消亡等，Api如下： osStatus osThreadSetPriority(threadID,priority); osPriority osThreadGetPriority(threadID); osStatus osThreadTerminate(threadID);
2.6多實(shí)例進(jìn)程
2.7開始RTOS
默認(rèn)，RTOS自main函數(shù)起接管系統(tǒng)調(diào)度，所以main函數(shù)是第一個(gè)運(yùn)行中進(jìn)程。一旦進(jìn)入main函數(shù)，首先調(diào)用osKernelInitialize()停用調(diào)度，以爭取時(shí)間完成硬件初始化（如GPIO配置，USART配置等）和創(chuàng)建需要的進(jìn)程或其他RTOS組件，而后調(diào)用osKernelStart()將系統(tǒng)控制權(quán)交還給RTOS，如下代碼示例：
Void main(void)
{
osKernelInitialize(); //user code Init_thread(); osKernelStart(); }
上例中，main進(jìn)程在完成進(jìn)程創(chuàng)建后運(yùn)行到"}"時(shí)消亡，這在RTOS中是不推薦的。Main函數(shù)也可作為一個(gè)進(jìn)程，并通過ID管理，如下：
osThreadId main_id;
Void main(void)
{
osKernelInitialize(); //user code main_id = osThreadGetId(); //返回當(dāng)前進(jìn)程ID Init_thread(); osKernelStart(); While(1) //thread body { } }
三.時(shí)間管理RTOS提供基本的時(shí)間管理組件。
3.1延時(shí)函數(shù)
事件組件中最基本的服務(wù)就是延時(shí)函數(shù)，在應(yīng)用程序中可直接調(diào)用延時(shí)函數(shù)，非常方便。
插曲：盡管RTOS內(nèi)核約5K左右，相比于非RTOS系統(tǒng)中延時(shí)循環(huán)的無用代碼消耗，RTOS還是優(yōu)勢明顯，這就是RTOS出現(xiàn)的原因。
函數(shù)原型：void osDelay(uint32_t millisec)
調(diào)用延時(shí)函數(shù)的進(jìn)程會(huì)進(jìn)入WAIT_DELAY狀態(tài)并持續(xù)延時(shí)函數(shù)制定的時(shí)間（millisec），調(diào)度器轉(zhuǎn)向其他READY狀態(tài)進(jìn)程。延時(shí)結(jié)束，進(jìn)程進(jìn)入READY狀態(tài)，等待調(diào)度器調(diào)度。
3.2等待事件
除了等待制定的時(shí)間，osWait也可中斷進(jìn)程并使進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)直至被重新觸發(fā)（觸發(fā)時(shí)間可以是信號(hào)、信號(hào)量、消息等），并且osWait同樣支持指定延時(shí)的周期。
函數(shù)原型：osStatus osWait(uint32_t millisec)
注意：keil RTX不支持此節(jié)內(nèi)容。
3.3虛擬定時(shí)器
CMSIS-RTOS支持虛擬定時(shí)器，虛擬定時(shí)器向下計(jì)數(shù)，溢出時(shí)運(yùn)行用戶定義的call-back函數(shù)。虛擬定時(shí)器可以定位為單次和循環(huán)模式，步驟如下：
- 定義回調(diào)函數(shù)（call-back）；
- 定義定時(shí)器結(jié)構(gòu)體；
- 創(chuàng)建定時(shí)器；
- 啟動(dòng)定時(shí)器；
如Ex 6 Virtual Timers代碼摘錄： void callback(void const *pram) { Switch((uint32_t) pram) { case 0: GPIOB->ODR ^= 0x8; Break; case 1: GPIOB->ODR ^= 0x4; Break; case 2: GPIOB->ODR ^= 0x2; Break; case 3: Break; } } osTimerDef(osTimer(Timer0_handle),callback); osTimerDef(osTimer(Timer1_handle),callback); osTimerDef(osTimer(Timer2_handle),callback); osTimerDef(osTimer(Timer3_handle),callback); osTimerId timer0 = osTimerCreate(osTimer(Timer0_hanlder),osTimerPeriodic,(void *)0); osTimerId timer1 = osTimerCreate(osTimer(Timer1_hanlder),osTimerPeriodic,(void *)1); osTimerId timer2 = osTimerCreate(osTimer(Timer2_hanlder),osTimerPeriodic,(void *)2); osTimerId timer3 = osTimerCreate(osTimer(Timer3_hanlder),osTimerPeriodic,(void *)3); osTimerStart(timer0_handle,0x100); osTimerStart(timer1_handle,0x100); osTimerStart(timer2_handle,0x100); osTimerStart(timer3_handle,0x100); 3.4微秒延時(shí)
借用系統(tǒng)中的Systick原始計(jì)數(shù)值可實(shí)現(xiàn)微妙延時(shí)。微妙延時(shí)不觸發(fā)調(diào)度，它僅僅暫停執(zhí)行指定時(shí)間段，遵循如下步驟：
- 獲取Systick原始計(jì)數(shù)值；
- 定義延時(shí)時(shí)間段；
- 等待延時(shí)結(jié)束；
示例代碼如下： Uint32_t tick,delayPeriod;
tick = osKernelSysTick(); //1
delayPeriod = osKernelTickMicroSec(100); //2
do{
.... }while((osKernelSysTick()-tick) < delayPeriod); //3 3.5空閑進(jìn)程
空閑進(jìn)程在系統(tǒng)沒有可用進(jìn)程時(shí)被調(diào)用，以防止系統(tǒng)沒有進(jìn)程可用。
空閑進(jìn)程定義在RTX_Conf_CM.c中，并允許用戶自定義代碼。通常情況下，空閑進(jìn)程中配置CPU進(jìn)入低功耗狀態(tài)。如此一來，當(dāng)Systick中斷或其他中斷時(shí)喚醒調(diào)度，如有可運(yùn)行進(jìn)程則運(yùn)行進(jìn)程，否則繼續(xù)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。
示例代碼：Ex 7 Idle
四.信號(hào)
4.1功能描述
CMSIS-RTOS keil RTX的進(jìn)程支持多達(dá)16個(gè)信號(hào)，信號(hào)保存在進(jìn)程控制塊中。當(dāng)進(jìn)程中存在等待信號(hào)時(shí)（不管是單個(gè)等待信號(hào)還是多個(gè)等待信號(hào)），進(jìn)程暫停執(zhí)行直至其他進(jìn)程發(fā)出了被等待的信號(hào)。
調(diào)用信號(hào)等待函數(shù)，將觸發(fā)當(dāng)前進(jìn)程中止運(yùn)行并進(jìn)入等待狀態(tài)。處于等待狀態(tài)的進(jìn)程滿足以下兩個(gè)條件時(shí)退出等待，進(jìn)入可被調(diào)度狀態(tài)： - 等待的信號(hào)被置位；
- 等待的時(shí)間溢出；
信號(hào)等待函數(shù)原型：osEvent osSignalWait（uint32_t signals,uint32_t millisec） 等待時(shí)間設(shè)置為0fffff，表示始終不溢出； 等待時(shí)間設(shè)置為0時(shí)，表示任一信號(hào)置位即可引起中止等待； 其他進(jìn)程可置位或清除等待信號(hào)： Uint32_t osSignalSet(osThreadId thread_id,uint32_t signals) Uint32_t osSignalClear(osThreadId thread_id,uint32_t signals) 另，調(diào)用osEvent.value.signals，返回值指示當(dāng)前被置位信號(hào)。 4.2例程
"Ex8 Signals"
4.3中斷進(jìn)程
CMSIS-RTOS使用Systick中斷作為系統(tǒng)時(shí)鐘。因Systick中斷的服務(wù)等級(jí)設(shè)定為最低級(jí)，當(dāng)中斷服務(wù)程序(ISR)的運(yùn)行時(shí)間超出一個(gè)Systick中斷時(shí)，系統(tǒng)中斷將受到影響。
于是，在CMSIS-RTOS中，正確的處理方式是將中斷服務(wù)定義為一個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程中等待信號(hào)。而在中斷服務(wù)中，僅僅給中斷進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。從而極大縮短中斷服務(wù)程序的長度，轉(zhuǎn)而在線程中執(zhí)行。
示例代碼：
osThreadDef(osThread(isr_thread),osPriorityNormal,1,0); osThreadId Isr_thread_id = osThreadCreate(osThread(isr_thread),NULL); 中斷線程：void isr_thread(void const *pram)
{ .... While（1） { osSignalWait(isrSignal,waitForever); ..... } } 中斷服務(wù)程序：void IRQ_Handler(void) { osSignalSet(Isr_thread_id,isrSignal); } 4.4內(nèi)核權(quán)限調(diào)用SVC
CMSIS-RTOS運(yùn)行在unprivilege模式下，當(dāng)需要在進(jìn)程中訪問privilege資源時(shí)，有兩種方式：
- 在配置文件中提升進(jìn)程的權(quán)限至privilege狀態(tài)（如下圖所示），但會(huì)造成所有的進(jìn)程運(yùn)行在privilege模式下，影響系統(tǒng)安全。
參考例程"Ex9 interrupt signal" - 在需要privilege權(quán)限時(shí)運(yùn)行"系統(tǒng)級(jí)"代碼。
4.4.1SVC
遵循如下步驟：
- 新建"系統(tǒng)級(jí)"代碼列表（.s匯編文件），如下圖：
SVC_Tables.s代碼如下：
AREA SVC_TABLE, CODE, READONLY EXPORT SVC_Count SVC_Cnt EQU (SVC_End-SVC_Table)/4 SVC_Count DCD SVC_Cnt ; Import user SVC functions here. IMPORT __SVC_1 //第一個(gè)"系統(tǒng)級(jí)"代碼 EXPORT SVC_Table SVC_Table ; Insert user SVC functions here. SVC 0 used by RTL Kernel. DCD __SVC_1 ; user SVC function SVC_End END 其中__SVC_1就是"系統(tǒng)級(jí)"用戶代碼函數(shù)。 - 建立"系統(tǒng)級(jí)"代碼與"進(jìn)程級(jí)"代碼接口，示例：
void __svc(1) init_ADC (void); __svc(1)代表SVC_Tables.s中第一個(gè)"系統(tǒng)級(jí)"代碼，同樣如果有多個(gè)應(yīng)用，依次遞增即可。 - 編寫"系統(tǒng)級(jí)"代碼，如下圖：
Void __SVC_1 (void) { ...... } 在完成定義后，進(jìn)程中調(diào)用init_ADC()將自動(dòng)執(zhí)行__SVC_1()中的代碼。
五.信號(hào)量
5.1功能描述
與信號(hào)類似，信號(hào)量是兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程同步的方法。
信號(hào)量項(xiàng)是一個(gè)包含多個(gè)信號(hào)的容器。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行到需要信號(hào)量的代碼段（進(jìn)程申請(qǐng)信號(hào)量），如果信號(hào)量中有信號(hào)可用（包含不少于一個(gè)的信號(hào)），則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，并且信號(hào)量中的信號(hào)數(shù)自減一。相反，如信號(hào)量中無信號(hào)可用（包含0個(gè)信號(hào)），則進(jìn)程中止執(zhí)行并等待信號(hào)量中的信號(hào)可用。
同時(shí)，進(jìn)程中可向信號(hào)量添加信號(hào)數(shù)目，從而引起信號(hào)量中的可用信號(hào)數(shù)增一。
如上圖。假定信號(hào)量初始化為只有一個(gè)可用信號(hào)，當(dāng)任務(wù)1提出申請(qǐng)時(shí)，信號(hào)量中含有1個(gè)可用信號(hào)，則任務(wù)1繼續(xù)執(zhí)行并引起信號(hào)量中的可用信號(hào)為0。此時(shí)任務(wù)2若提出申請(qǐng)因信號(hào)量中無可用信號(hào)，任務(wù)2進(jìn)入信號(hào)量等待狀態(tài)，直至任務(wù)1釋放信號(hào)量。 可見，進(jìn)程可以釋放信號(hào)給信號(hào)量。 5.2創(chuàng)建信號(hào)量
示例代碼：
osSemaphoreId sem1; osSemaphoreDef(sem1); sem1 = osSemaphoreCreate（osSemaphore(sem1),SIX_TOKENS）; 定義了一個(gè)含有6個(gè)可用信號(hào)的信號(hào)量sem1。 信號(hào)量初始化后，進(jìn)程中即可申請(qǐng)信號(hào)量，使用函數(shù)：
osSemaphoreWait(osSemaphoreId sem_id,uint_32 millisec)
Millisec = 0xffff wait for ever
信號(hào)量使用結(jié)束后，釋放信號(hào)量，使用函數(shù)：
osSemaphoreRelease(osSemaphoreId sem_id);
5.3例程
Ex11 Interrupt Signals
5.4使用場景
5.4.1信號(hào)
兩個(gè)線程間同步執(zhí)行是信號(hào)量最基本的應(yīng)用。示例代碼：
osSemaphoreId sem_id;
osSemaphoreDef(sem_id);
void task1(void)
{
Sem_id = osSemaphoreCreate(osSemaphore(sem1),0); While(1) { Fun(A); osSemaphoreRelease(sem1); } }
Void task2(void)
{
While(1) { osSemaphoreWait(sem1,osWaitForever); Fun(B); } }
在這個(gè)案例中，F(xiàn)un(A)始終先于Fun(B)執(zhí)行。
5.4.2限額
限額用于限制某些資源的配額。例如，某個(gè)指定的內(nèi)存塊只運(yùn)行指定數(shù)目的應(yīng)用訪問。
如下例程，信號(hào)量初始化為5個(gè)信號(hào)，每個(gè)申請(qǐng)信號(hào)量的線程造成信號(hào)自減，當(dāng)獲取信號(hào)量的進(jìn)程為5個(gè)時(shí)，后續(xù)申請(qǐng)信號(hào)量的進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)，直至已獲取配額的進(jìn)程釋放信號(hào)量，代碼例程：
osThreadId sem_id;
osThreadDef(sem1);
Void task1(void)
{
Sem_id = osThreadCreate(osThread(sem1),5); While(1) { osSemaphoreWait(sem1,osWaitForever); ProcessBuffer(); osSemaphoreRelease(sem1); } }
Void task2(void)
{
While(1) { osSemaphoreWait(sem1,osWaitForever); ProcessBuffer(); osSemaphoreRelease(sem1); } }
......
例程"Ex12 Multiplex"。
5.4.3互鎖（2個(gè)線程同步）
互鎖是兩個(gè)線程同步的另一種通用模式�；ユi確保兩個(gè)線程得到同一互鎖點(diǎn)。如下例程：
osSemaphoreId arrival1,arrival2;
osSemaphoreDef(sem1);
osSemaphoreDef(sem2);
Void task1(void)
{
arrival1 = osSemaphore(osSemephore(sem1),0); arrival2= osSemaphore(osSemephore(sem2),0); While(1) { FunA1(); osSemaphoreRelease(arrival2); osSemaphoreWait(arrival1); FunA2(); } }
Void task2(void)
{
While(1) { FunB1(); osSemaphoreRelease(arrival1); osSemaphoreWait(arrival2); FunB2(); } }
此例程中，確保FunA2()、FunB2()同步執(zhí)行。
5.4.4屏障（多個(gè)線程同步）
屏障是多個(gè)進(jìn)程同步的有效模式，它的總體思路：設(shè)置一個(gè)初始化為0的信號(hào)量作為屏障，并在所有進(jìn)程達(dá)到同步點(diǎn)時(shí)依次釋放屏障中的信號(hào)量，達(dá)到同步執(zhí)行的目的。
例程"Ex14 Barrier"
5.5注意事項(xiàng)
信號(hào)量是RTOS中極端有效的模式。然而，因信號(hào)量可在進(jìn)程中增減甚至銷毀，信號(hào)量中可用配額數(shù)比較難把控，使用時(shí)必須實(shí)時(shí)把控可用配額數(shù)。
六.互斥量6.1功能描述
單從功能來講，互斥量可以看做只含有一個(gè)可用配額且不可被創(chuàng)建和銷毀的特殊信號(hào)量�；コ饬恐饕糜诜乐箤�(duì)硬件的訪問沖突，比如同一時(shí)刻只能有一個(gè)應(yīng)用訪問串口，否則將造成數(shù)據(jù)混亂。
申請(qǐng)互斥量的進(jìn)程，必須等待互斥量中存在有效配額，否則進(jìn)入等待狀態(tài)。
6.2創(chuàng)建互斥量
創(chuàng)建互斥量與創(chuàng)建信號(hào)量類似，示例代碼如下：
osMutexId uart_mutex;
osMutexDef(Mutex1);
進(jìn)程中創(chuàng)建互斥量：uart_mutex = osMutexCreate(osMutex(Mutex1));
其他進(jìn)程申請(qǐng)互斥量：osMutexWait(uart_mutex);
使用完畢釋放互斥量：osMutexRelease(uart_mutex);
6.3例程
例程"Ex15 Mutex"
6.4注意事項(xiàng)
互斥量的使用限制多，也更安全，但扔要注意以下內(nèi)容：
- 使用完畢必須及時(shí)釋放互斥量，否則將造成后續(xù)進(jìn)程無法使用該資源；
- 調(diào)用ThreadTerminate（）函數(shù)消亡進(jìn)程時(shí)，必須確保該進(jìn)程沒有占用互斥量，否則將造成后續(xù)進(jìn)程無法使用該資源；
七.數(shù)據(jù)交換信號(hào)、信號(hào)量、互斥量只用于進(jìn)程之間的觸發(fā)，但對(duì)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換無能為力。進(jìn)程間數(shù)據(jù)交換最簡單的方式是全局變量，但即使在簡單的系統(tǒng)中，把握和靈活應(yīng)用全局變量也是不小的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿肿兞繒?huì)引起一系列不可預(yù)知錯(cuò)誤。
在RTOS中，消息隊(duì)列和郵箱隊(duì)列是進(jìn)程間數(shù)據(jù)交互最為有效、安全的方式。
消息隊(duì)列和郵箱隊(duì)列的工作方式基本一樣，唯一的區(qū)別是消息隊(duì)列中傳輸?shù)氖谴粨Q數(shù)據(jù)，而郵箱隊(duì)列中傳輸是指向待交換數(shù)據(jù)的指針，如下圖所示：
使用消息隊(duì)列和郵箱隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)交換有如下好處： - 規(guī)范進(jìn)程間數(shù)據(jù)交換的接口和緩存，為設(shè)計(jì)子系統(tǒng)提供可能；
- 規(guī)范進(jìn)程的輸入、輸出，使進(jìn)程獨(dú)立測試、調(diào)試成為可能；
7.1消息隊(duì)列
7.1.1創(chuàng)建消息隊(duì)列
創(chuàng)建消息隊(duì)列，遵循如下步驟：
- 聲明消息隊(duì)列ID，示例：osMessageQId Q_id；
- 定義消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)體，示例：osMessageQDef(Q1,16_Message_Slots,unsigned int)；其中16_Message_Slots指示空間大小為16，unsigned int指示空間類型；
- 在進(jìn)程中創(chuàng)建消息隊(duì)列，示例：Q_id = osMessageQCreate(osMessageQ(Q1),NULL)；
- 聲明解析消息隊(duì)列數(shù)據(jù)的osEvent類型數(shù)據(jù)，示例：osEvent result；
- 在進(jìn)程中發(fā)送數(shù)據(jù)到消息隊(duì)列，例程：osMessagePut(Q_id,Data,osWaitForever)；
- 在另一進(jìn)程中獲取消息隊(duì)列數(shù)據(jù)，例程：result = osMessageGet(Q_id,osWaitForever)；result.value.xxx；
其中，osEvent是個(gè)union結(jié)構(gòu)體，如下所示： Union{ Uint32_t v; Void *p; Uint32_t signals; }value 7.1.2例程
"Ex16 Message queue"
7.2內(nèi)存鏈
7.2.1功能描述
消息隊(duì)列中的數(shù)據(jù)類型可以是數(shù)據(jù)本身，也可以是指向數(shù)據(jù)的指針。
消息隊(duì)列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是指向特定內(nèi)存區(qū)域的指針，這樣的進(jìn)程間交換數(shù)據(jù)的方式成為內(nèi)存鏈。
結(jié)構(gòu)體可以達(dá)到規(guī)范化特定內(nèi)存區(qū)域的目的。
7.2.2創(chuàng)建內(nèi)存鏈
創(chuàng)建內(nèi)存鏈，遵循如下步驟：
1.定義結(jié)構(gòu)體，用于規(guī)范內(nèi)存塊及初始化指針，示例：
Typedef struct { Uint8_t led1; Uint8_t led2; Uint8_t led3; Uint8_t led4; }memory_block_t; 2.初始化內(nèi)存鏈，示例：
osPoolId pool_id; osPoolDef(pool_t,ten_blocks,memory_block_t); 在進(jìn)程中創(chuàng)建pool_id = osPoolCreate(osPool(pool_t)); 3.初始化消息隊(duì)列，示例：
osMessageQDef(q1,ten_blocks,memory_block_t); osMessageQid q_id; 在進(jìn)程中創(chuàng)建：q_id = osMessageQCreate(osMessageQ(q1),NULL); 4.發(fā)送消息隊(duì)列，示例：
memory_block_t *led = (memory_block_t *)osPoolAlloc(pool_id); led->led1 = xx;.... osMessagePut(q_id,led,osWaitForever); 5.讀取消息隊(duì)列，示例：
osEvent evt; evt = osMessageGet(q_id,osWaitForever); memory_block_t *temp = (memory_block_t *)evt.value.p; 6.使用完畢釋放內(nèi)存鏈：示例：
osPoolFree(pool_id,temp); 7.2.3例程
"Ex16 MemoryPool"
7.3郵箱隊(duì)列
7.3.1功能描述
郵箱隊(duì)列是將內(nèi)存鏈融合到消息隊(duì)列中而成，郵箱隊(duì)列中存儲(chǔ)的同樣是指向特定內(nèi)存區(qū)域的指針。
7.3.2創(chuàng)建郵箱隊(duì)列
同樣采用7.2.2中的結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，Typedef struct {
Uint8_t led1; Uint8_t led2; Uint8_t led3; Uint8_t led4; }memory_block_t; 創(chuàng)建郵箱隊(duì)列遵循如下步驟：
1.創(chuàng)建郵箱隊(duì)列，例程：
osMailQDef(MQ_1,ten_blocks,memory_block_t); osMailQId mq_id; 進(jìn)程中創(chuàng)建，mq_id = osMailQCreate(osMailQ(MQ_1),NULL); 2.發(fā)送數(shù)據(jù)，例程：
Memory_block_t *led = (memory_block_t *)osMailAlloc(mq_id); led->led1 = xx;.... osMailQPut(mq_id,led); 3.讀取數(shù)據(jù)，例程：
osEvent evt; evt = osMailGet(mq_id,osWaitForever); Memory_block_t *temp = (memory_block_t *)evt.value.p; 4.使用完畢釋放郵箱隊(duì)列，示例：
osMailFree(mq_id,temp); 7.3.3例程
"Ex17 MailQueue"
八.系統(tǒng)配置
掌握前面的內(nèi)容，對(duì)CMSIS-RTOS有了總體的認(rèn)識(shí)。CMSIS-RTOS包括進(jìn)程管理、時(shí)間管理、進(jìn)程間通訊等。
本章著力于討論如何配置系統(tǒng)。CMSIS-RTOS針對(duì)基于Cortex-M構(gòu)架的處理器，提供一個(gè)統(tǒng)一的配置文件，RTX_Conf_CM.c，如下圖：
8.1進(jìn)程參數(shù)
在討論進(jìn)程的相關(guān)章節(jié)中一經(jīng)接受了創(chuàng)建進(jìn)程的基礎(chǔ)知識(shí)。
每個(gè)進(jìn)程，系統(tǒng)分配一塊內(nèi)存空間用作進(jìn)程棧（默認(rèn)200bytes），�？臻g在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)指定。
應(yīng)用中最多允許運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)可配置。
由于進(jìn)程�？臻g、進(jìn)程數(shù)可配置，應(yīng)用中的內(nèi)存需求也可很容易的計(jì)算出來。
8.2內(nèi)核調(diào)試支持
內(nèi)核可配置項(xiàng)，包括：
8.2.1追蹤溢出
選擇該項(xiàng)"stack overflow checking"，出現(xiàn)進(jìn)程棧溢出RTOS內(nèi)核調(diào)用os_error函數(shù)并進(jìn)入死循環(huán)。該項(xiàng)主要用于調(diào)試階段的問題追蹤，當(dāng)然也可自定義os_error函數(shù)用于最終的應(yīng)用中打印錯(cuò)誤信息，os_error代碼在RTX_CONF_CM.C文件中，源碼： /* OS Error Codes */ #define OS_ERROR_STACK_OVF 1 #define OS_ERROR_FIFO_OVF 2 #define OS_ERROR_MBX_OVF 3 #define OS_ERROR_TIMER_OVF 4 extern osThreadId svcThreadGetId (void); /// \brief Called when a runtime error is detected /// \param[in] error_code actual error code that has been detected void os_error (uint32_t error_code) { /* HERE: include optional code to be executed on runtime error. */ switch (error_code) { case OS_ERROR_STACK_OVF: /* Stack overflow detected for the currently running task. */ /* Thread can be identified by calling svcThreadGetId(). */ break; case OS_ERROR_FIFO_OVF: /* ISR FIFO Queue buffer overflow detected. */ break; case OS_ERROR_MBX_OVF: /* Mailbox overflow detected. */ break; case OS_ERROR_TIMER_OVF: /* User Timer Callback Queue overflow detected. */ break; default: break; } for (;;); } 8.2.2監(jiān)控棧使用率
選擇"stack usage watermark"項(xiàng)，oxcc樣式自動(dòng)寫入進(jìn)程棧。運(yùn)行時(shí)，watermark用于計(jì)算最大棧內(nèi)存使用率，并在"system and Event viewer"窗口報(bào)告，如下圖所示： 8.2.3用戶定時(shí)器數(shù)
如用戶定時(shí)器數(shù)量與應(yīng)用中使用的虛擬定時(shí)器不符，會(huì)造成os_timer()函數(shù)失效。 8.2.4進(jìn)程運(yùn)行權(quán)限選擇
如"Ex9 interruter signal"，進(jìn)程運(yùn)行權(quán)限可配置。 8.3系統(tǒng)時(shí)基
默認(rèn)的系統(tǒng)時(shí)基是Cortex-M中的SysTick定時(shí)器。但，也支持自定義使用其他定時(shí)器作為系統(tǒng)時(shí)基。
8.4時(shí)間片
默認(rèn)的時(shí)間片是5ms。
8.5調(diào)度選項(xiàng)
調(diào)度器支持如下三種調(diào)度模式：
1.搶占式
此模式下，系統(tǒng)中進(jìn)程擁有不同的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)擁有高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入"ready"狀態(tài)，調(diào)度器轉(zhuǎn)入高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程運(yùn)行。 2.輪詢式
此模式下，系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間片為每個(gè)進(jìn)程分配運(yùn)行時(shí)間，處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程在時(shí)間片到來時(shí)觸發(fā)調(diào)度（注意，即使高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入"ready"狀態(tài)也要等時(shí)間片結(jié)束）。 3.輪詢、搶占式（默認(rèn)狀態(tài)）
此模式下，系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間片為每個(gè)進(jìn)程分配運(yùn)行時(shí)間，處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程在時(shí)間片到來時(shí)或高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入"ready"態(tài)觸發(fā)調(diào)度（注意，高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入"ready"狀態(tài)將馬上觸發(fā)調(diào)度）。 4.協(xié)同式
此模式下，進(jìn)程擁有相同的優(yōu)先級(jí)，有且僅有運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程主動(dòng)申請(qǐng)系統(tǒng)調(diào)度才會(huì)引起調(diào)度。 8.6源碼調(diào)試
如果用戶需要源碼級(jí)別的調(diào)試，遵循如下步驟：
- 新建文本文件，命名為"xxx.ini"；
- "xxx.ini"中添加，SET SRC = <PATH>，其中<PATH>是RTX源碼的文件夾，默認(rèn)是C:\Keil\ARM\pack\arm\cmsis\<version>\cmsis\rots\rtx。
- 在調(diào)試文件中導(dǎo)入"xxx.ini"，如下圖所示：
注："xxx.ini"中xxx代表任意長度滿足PC操作系統(tǒng)命名規(guī)格的字符串。
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