Protothread轻量系统学习笔记

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所属分类:嵌入式系统

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Protothreads的特性:
1 没有专用的机器代码,纯C实现;
2 不使用容易犯错的跳转指令;
3 极小的内存占用;
4 当不当做操作系统来用都行;
5 所提供的阻断等待不需要堆栈或者完整的多线程。

先看一下5个头文件,这5个头文件就是Protothread的全部文件。 lc-addrlabels.h :以字符串方式实现Protothreads系统,占用的ram可能会多些。 lc-switch.h :以标准C的switch结构实现Protothreads系统(默认) lc.h :选择lc-addrlabels.h或lc-switch.h两种实现Protothreads系统 pt.h :在实际应用中一般只包含此文件就行了 pt-sem.h :附加的信号量操作的支持,不需要的话则不必包含
宏定义说明:

PT_INIT(pt) 初始化任务变量,只在初始化函数中执行一次就行
PT_BEGIN(pt) 启动任务处理,放在函数开始处
PT_END(pt) 结束任务,放在函数的最后
PT_WAIT_UNTIL(pt, condition) 等待某个条件(条件可以为时钟或其它变量,IO等)成立,否则直接退出本函数,下一次进入本 函数就直接跳到这个地方判断
PT_WAIT_WHILE(pt, cond) 和上面一个一样,只是条件取反了
PT_WAIT_THREAD(pt, thread) 等待一个子任务执行完成
PT_SPAWN(pt, child, thread) 新建一个子任务,并等待其执行完退出
PT_RESTART(pt) 重新启动某个任务执行
PT_EXIT(pt) 任务后面的部分不执行,直接退出重新执行
PT_YIELD(pt) 锁死任务
PT_YIELD_UNTIL(pt, cond) 锁死任务并在等待条件成立,恢复执行

在pt中一共定义四种线程状态,在任务函数退出到上一级函数时返回其状态
PT_WAITING 等待
PT_EXITED 退出
PT_ENDED 结束
PT_YIELDED 锁死

Protothread提供给我们另外一种思路:我们的程序经过了Protothreads的包装,而实际上Protothreads的“线程”就是普通的
函数。

所有的“线程”都是(也允许不是)一个死循环,不多占用堆栈,不能被抢占,所以中途必须“退出”,不然怎么会有其他“线程”被

调度的机会?退出有两种结果:下一次被调度后从头运行或从退出的位置继续向后运行。Protothreads使用C语言中的
“switch”结构

或goto语句来实现。既然能够从上一次退出的位置继续向后运行,那么就需要一个变量来记录这个“位置”信息,这个变量就是
线程唯

一占用的ram变量。作者提供的数据类型是短整型或字符串类型。我认为这就是Protothreads的精髓,也就是说Protothreads
线程不是

被其他程序“中断”的,而是自己主动退出(有点雷锋精神),但退出之前记录当前位置,以便下次从此位置继续运行(真是矛盾
的统一

体)。

Protothreads为我们提供方便的同时也有一些需要我们改变编程习惯的地方,比如,我们不能在正常线程里面放一个类似
“while(1);

”的程序,除非我们确实需要这样做--期待看门狗复位。但是,Protothread提供给我们一个理解Protothread的机会,源代码
完全开

放,实现“多任务”的方式方式又是如此的简单明了。我们完全可以根据自己的需要修改库文件。并且以我们对Protothread的
理解,

作出我们“心中有数”的程序。

上面描述过作者提供的5个头文件,而我只想把Protothreads用在ram和速度都紧张的单片机(如avr的m16)上,所以,我去掉
了两个头
文件,只留下了三个:
lc.h :以标准C的switch结构实现Protothreads系统
pt.h :Protothreads的接口,必须包含此头文件
pt-sem.h :附加的信号量操作的支持,不需要的话则不必包含他

在pt.h中包含所有实现Protothreads的宏和变量结构的定义:
可以阅读一下作者提供的帮助文档,已经非常详细了,结合作者提供的例子,很快就能理解了,几乎都是字面意思,我保证在
你真正了

解C语言的前提下,不用半天就能够理解Ptotothreads。
我只说一下我对PT_YIELD(pt)的理解:放弃当前执行后续代码的机会,退出,但是下一次调度到本线程,将从此处继续运行。
有了这个

宏就给了其他线程被调度的机会,如果一个线程中包含PT_WAIT_UNTIL(pt)或PT_WAIT_WHERE(pt)之类的宏,则没有必要再调用

PT_YIELD(pt)了。另外,作者为了实现PT_YIELD(pt),而定义了一个局部变量PT_YIELD_FLAG,我认为没有必要,所以我对pt.h
相关地方

做了修改,已经把局部变量PT_YIELD_FLAG去掉了。

作者提供的库没有提供线程的自挂起和恢复挂起功能,这个动作可以使用作者提供的PT_YIELD_UNTIL(pt,cond)宏,来实现,
或利用一

下信号量的操作,使用pt-sen.h头文件所包含的宏来实现。但以我对Protothreads的理解,把pt.h做了一点修改,提供了与

PT_YIELD(pt)相似的方法,实现了线程的“自己”挂起和“他人”恢复。

既然看懂了系统的源程序,那么我们的思路还可以再扩展一下,函数当中什么地方只运行一次(PT_BEGIN(pt)后面),什么地
方每次调

度都能运行(PT_BEGIN(pt)前面),为什么作者说局部变量不能乱用等等。我们都能从系统的源程序里面找到答案。

AVR GCC对C支持的很好。Protothread可以很好的用在avrgcc上。实际效果也很好,程序看起来更清晰了,多个线程配合的也
很好。

我对操作系统了解不多,对其他的操作系统也没有深入接触过,有些名词会有错误。但我认为,Ptotothread极容易掌握,对
于像avr m16之类的MCU,Protothreads是很好的选择。

附资源下载

protothread论文部分翻译

用状态机原理进行软件设计

TestPt1.4