簡 介

Azure RTOS ThreadX 是 Microsoft 提供的高級工業(yè)級實時操作系統(tǒng) (RTOS)。它是專門為深度嵌入式實時 IoT 應(yīng)用程序設(shè)計的。Azure RTOS ThreadX 提供高級計劃、通信、同步、計時器、內(nèi)存管理和中斷管理功能。此外，Azure RTOS ThreadX 具有許多高級功能，包括 picokernel 體系結(jié)構(gòu)、preemption-threshold 計劃、event-chaining、執(zhí)行分析、性能指標(biāo)和系統(tǒng)事件跟蹤。Azure RTOS ThreadX 非常易于使用，適用于要求極其苛刻的嵌入式應(yīng)用程序。Azure RTOS ThreadX 在各種產(chǎn)品（包括消費者設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備）上的部署次數(shù)已達(dá)數(shù)十億次。

具體的介紹和用戶指南可以參考：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/azure/rtos/threadx/

在前文描述移植基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上，該應(yīng)用手冊描述了如何基于MM32F3270系列MCU結(jié)合Azure RTOS ThreadX應(yīng)用Counting Semaphores的使用，引導(dǎo)用戶理解Azure RTOS ThreadX信號量功能。

表 1 適用系列型號

1移植應(yīng)用的準(zhǔn)備

1.1 硬件開發(fā)板的準(zhǔn)備

該移植過程中應(yīng)用的開發(fā)板為MM32的EVB-F3270，板載MM32F3273G9P。

EVB-F3270 (MM32F3273G9P) 的簡要參數(shù)：

Arm Cortex-M3 內(nèi)核

板載 MM32F3273G9P（LQFP144）

USB Host / Device、SPI、I2C

4 x Key、4 x LED

I2S Speaker

TF-Card

Ethernet PHY

1.2 軟件的準(zhǔn)備

庫函數(shù)和例程（Lib Samples）

該移植過程中應(yīng)用的 Firmware 分別為 MM32F3270 庫函數(shù)和例程，下載地址：

https://www.mindmotion.com.cn/products/mm32mcu/mm32f/mm32f_mainstream/mm32f3270/

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Azure RTOS ThreadX（源碼）

ThreadX 的源代碼已經(jīng)開放，我們可以從 ThreadX 公共源代碼存儲庫獲取 Azure RTOS ThreadX，網(wǎng)址為：

https://github.com/azure-rtos/threadx/

具體的商用使用條件參考Azure的許可證說明：

https://www.microsoft.com/en-us/legal/intellectualproperty/tech-licensing/programs?msclkid=f7ab4ff3afa011ec90a79366a52034fa&activetab=pivot1:primaryr11

Microsoft publishes the Azure RTOS source code to GitHub. No license is required to install and use the software for internal development, testing, and evaluation purposes. A license is required to distribute or sell components and devices unless using Azure RTOS licensed hardware.

Azure RTOS 何時需要許可證？

Microsoft 將 Azure RTOS 源代碼發(fā)布到 GitHub。安裝和使用該軟件進行內(nèi)部開發(fā)、測試和評估無需許可證。分發(fā)或銷售組件和設(shè)備需要許可證，除非使用 Azure RTOS 許可的硬件。

ThreadX 安裝

可以通過將 GitHub 存儲庫克隆到本地計算機來安裝 ThreadX。下面是用于在 PC 上創(chuàng)建 ThreadX 存儲庫的克隆的典型語法。

shell復(fù)制

git clone https://github.com/azure-rtos/threadx

或者，也可以使用 GitHub 主頁上的“下載”按鈕來下載存儲庫的副本。

下載后的倉庫代碼目錄列表如下：

? ?

Azure RTOS ThreadX（源碼）支持的開發(fā)環(huán)境

ThreadX 內(nèi)核提供好了各種主流硬件平臺和軟件平臺的移植文件，以Cortex_M3為例，可以支持以下六種開發(fā)環(huán)境：

本次移植過程使用Azure RTOS原有的sample_threadx.c文件為例，稍作修改，演示信號量的功能與應(yīng)用。

2Threadx 信號量的應(yīng)用

該章節(jié)介紹信號量的相關(guān)知識，演示程序可在MM32F3273G9P的EVB-F3270上運行。

此示例在文件 main_semaphore_demo.c 中實現(xiàn)，旨在說明如何在嵌入式多線程環(huán)境中使用信號量，實現(xiàn)任務(wù)之間的同步和資源共享機制。

2.1 信號量

2.1.1 統(tǒng)計信號量

ThreadX 提供 32 位計數(shù)信號燈，其值范圍在 0 到 4,294,967,295 之間。計數(shù)信號燈有兩個操作：tx_semaphore_get 和 tx_semaphore_put 。執(zhí)行獲取操作會將信號燈數(shù)量減一，如果信號燈為 0，獲取操作不會成功。獲取操作的逆操作是放置操作，該操作會將信號燈數(shù)量加一。

每個計數(shù)信號燈都是一個公用資源，ThreadX 對如何使用計數(shù)信號燈沒有任何限制。

計數(shù)信號燈通常用于互相排斥，也可將計數(shù)信號燈用作事件通知的方法。

2.1.2 互相排斥

互相排斥用于控制線程對某些應(yīng)用程序區(qū)域（也稱為關(guān)鍵部分或應(yīng)用程序資源）的訪問 。將信號燈用于互相排斥時，信號燈的“當(dāng)前計數(shù)”表示允許訪問的線程總數(shù)。在大多數(shù)情況下，用于互相排斥的計數(shù)信號燈的初始值為 1，這意味著每次只有一個線程可以訪問關(guān)聯(lián)的資源。只有 0 或 1 值的計數(shù)信號燈通常稱為二進制信號燈。

如果使用二進制信號燈，用戶必須阻止同一個線程對其已擁有的信號燈執(zhí)行獲取操作。第二個獲取操作將失敗，并且可能導(dǎo)致調(diào)用線程無限期掛起和資源永久不可用。

2.1.3 事件通知

還可以采用生成者-使用者的方式，將計數(shù)信號燈用作事件通知。使用者嘗試獲取計數(shù)信號燈，而生成者則在有可用的信息時增加信號燈。此類信號燈的初始值通常為 0，此值不會在生成者為使用者準(zhǔn)備好信息之前增加。用于事件通知的信號燈也可能從使用 tx_semaphore_ceiling_put 服務(wù)調(diào)用中獲益。此服務(wù)確保信號燈計數(shù)值永遠(yuǎn)不會超過調(diào)用中提供的值。

2.1.4 創(chuàng)建計數(shù)信號燈

計數(shù)信號燈由應(yīng)用程序線程在初始化期間或運行時創(chuàng)建。信號燈的初始計數(shù)在創(chuàng)建過程中指定。應(yīng)用程序中計數(shù)信號燈的數(shù)量沒有限制。

2.1.5 線程掛起

嘗試對當(dāng)前計數(shù)為 0 的信號燈執(zhí)行獲取操作時，應(yīng)用程序線程可能會掛起。

執(zhí)行放置操作后，才會執(zhí)行掛起線程的獲取操作并恢復(fù)該線程。如果同一計數(shù)信號燈上掛起多個線程，這些線程將按照掛起的順序 (FIFO) 恢復(fù)。

不過，如果應(yīng)用程序在取消線程掛起的信號燈放置調(diào)用之前調(diào)用 tx_semaphore_prioritize，還可以恢復(fù)優(yōu)先級。信號燈設(shè)置優(yōu)先級服務(wù)將優(yōu)先級最高的線程放于掛起列表的前面，同時讓所有其他掛起的線程采用相同的 FIFO 順序。

2.1.6 信號燈放置通知

某些應(yīng)用程序可能會發(fā)現(xiàn)，在放置信號燈時收到通知十分有利。ThreadX 通過 tx_semaphore_put_notify 服務(wù)提供此功能。此服務(wù)將提供的應(yīng)用程序通知函數(shù)注冊到指定的信號燈。只要放置了信號燈，ThreadX 就會調(diào)用此應(yīng)用程序通知函數(shù)。應(yīng)用程序通知函數(shù)內(nèi)的確切處理由應(yīng)用程序決定；但這通常包括恢復(fù)相應(yīng)的線程以處理新信號燈放置事件。

2.1.7 運行時信號燈性能信息

ThreadX 提供可選的運行時信號燈性能信息。如果 ThreadX 庫和應(yīng)用程序是在定義 TX_SEMAPHORE_ENABLE_PERFORMANCE_INFO 的情況下生成的，ThreadX 會累積以下信息。

整個系統(tǒng)的總數(shù)：

信號燈放置數(shù)

信號燈獲取數(shù)

信號燈獲取掛起數(shù)

信號燈獲取超時數(shù)

每個信號燈的總數(shù)：

信號燈放置數(shù)

信號燈獲取數(shù)

信號燈獲取掛起數(shù)

信號燈獲取超時數(shù)

此信息在運行時通過tx_semaphore_performance_info_get和 tx_semaphore_performance_system_info_get 服務(wù)提供。信號燈性能信息在確定應(yīng)用程序是否正常運行時非常有用。此信息對于優(yōu)化應(yīng)用程序也很有用。例如，“信號燈獲取超時數(shù)”相對較高可能表明其他線程占用資源的時間太長。

2.2 Azure Threadx 信號量的相關(guān)函數(shù)

tx_semaphore_create 創(chuàng)建計數(shù)信號燈

UINTtx_semaphore_create(
TX_SEMAPHORE*semaphore_ptr,
CHAR*name_ptr,
ULONGinitial_count);

函數(shù)說明

此服務(wù)創(chuàng)建用于線程間同步的計數(shù)信號燈。初始信號燈計數(shù)指定為輸入?yún)?shù)。

參數(shù)

semaphore_ptr：指向信號燈控制塊的指針。

name_ptr：指向信號燈名稱的指針。

initial_count：指定此信號燈的初始計數(shù)。合法值的范圍為 0x00000000 至 0xFFFFFFFF。

返回值

TX_SUCCESS：(0X00) 成功創(chuàng)建信號燈。

TX_SEMAPHORE_ERROR：(0x0C) 信號燈指針無效。指針為 NULL 或已創(chuàng)建信號燈。

NX_CALLER_ERROR：(0x13) 此服務(wù)的調(diào)用方無效。

示例

TX_SEMAPHOREmy_semaphore;
UINTstatus;

/*Createacountingsemaphorewhoseinitialvalueis1.
Thisistypicallythetechniqueusedtomakeabinary
semaphore.Binarysemaphoresareusedtoprovide
protectionoveracommonresource.*/
status=tx_semaphore_create(&my_semaphore,
"my_semaphore_name",1);

/*IfstatusequalsTX_SUCCESS,my_semaphoreisreadyfor
use.*/

另請參閱

tx_semaphore_ceiling_put

tx_semaphore_delete

tx_semaphore_get

tx_semaphore_info_get

tx_semaphore_performance_info_get

tx_semaphore_performance_system_info_get

tx_semaphore_prioritize

tx_semaphore_put

tx_semaphore_put_notify

具體函數(shù)的中文說明可以參考：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/azure/rtos/threadx/chapter4

具體函數(shù)的英文說明可以參考：

https://docs.microsoft.com/en-us/azure/rtos/threadx/threadx-smp/chapter4

2.3 信號量的應(yīng)用演示

2.3.1 工程目錄的建立

打開目標(biāo)工程文件夾“MM32F3270Project”：

移除原有樣例.c 文件sample_threadx.c：

參考sample_threadx.c建立main_semaphore_demo.c文件，并添加hardware目錄中的led.c、key.c到工程項目中。

注意：

需要在delay.c中配置USE_SYSTICK_DELAY 為 0。

#define USE_SYSTICK_DELAY 0

3Threadx 的信號量應(yīng)用

創(chuàng)建如下幾個任務(wù)：

LED1閃爍指示當(dāng)前系統(tǒng)運行。

K2鍵按下，發(fā)送信號量同步信號。

任務(wù)接收到消息后，串口打印。

3.1 代碼實現(xiàn)

下載調(diào)試默認(rèn)會運行到main()函數(shù)，如下為全部實現(xiàn)的代碼。

Demo演示代碼

/*Thisisasmalldemoofthehigh-performanceThreadXkernel.Itincludesexamplesofsix
threadsofdifferentpriorities,usingamessagequeue,semaphore,andaneventflagsgroup.*/

#include"tx_api.h"
#include"delay.h"
#include"led.h"
#include"key.h"
#include"uart.h"


#defineDEMO_STACK_SIZE1024

#defineTHREAD0_PRIORITY1
#defineTHREAD0_PREEMPTION_THRESHOLD1
#defineTHREAD1_PRIORITY2
#defineTHREAD1_PREEMPTION_THRESHOLD2

#defineTHREAD5_PRIORITY4
#defineTHREAD5_PREEMPTION_THRESHOLD4



//#defineTHREAD5_PREEMPTION_THRESHOLD_NEW0


/*DefinetheThreadXobjectcontrolblocks...*/
TX_THREADthread_0;
TX_THREADthread_1;

TX_THREADthread_5;

TX_SEMAPHORESemaphore;

/*Definethecountersusedinthedemoapplication...*/
ULONGthread_0_counter;
ULONGthread_1_counter;

ULONGthread_5_counter;


/*Definethethreadstacks.*/
UCHARthread_0_stack[DEMO_STACK_SIZE];
UCHARthread_1_stack[DEMO_STACK_SIZE];

UCHARthread_5_stack[DEMO_STACK_SIZE];

/*Definethreadprototypes.*/

voidthread_0_entry(ULONGthread_input);
voidthread_1_entry(ULONGthread_input);

voidthread_5_entry(ULONGthread_input);


volatileunsignedintbootloop;

/*Definemainentrypoint.*/



intmain()
{
DELAY_Init();//cannotusesystick
LED_Init();
KEY_Init();
CONSOLE_Init(115200);
printf("!!!Start!!!
");

/*EntertheThreadXkernel.*/
tx_kernel_enter();
}


/*Definewhattheinitialsystemlookslike.*/

voidtx_application_define(void*first_unused_memory)
{
/*Createthread0.*/
tx_thread_create(
&thread_0,
"thread0",
thread_0_entry,
0,
thread_0_stack,
DEMO_STACK_SIZE,
THREAD0_PRIORITY,
THREAD0_PREEMPTION_THRESHOLD,
TX_NO_TIME_SLICE,
TX_AUTO_START);

/*Createthread1.*/
tx_thread_create(
&thread_1,
"thread1",
thread_1_entry,
0,
thread_1_stack,
DEMO_STACK_SIZE,
THREAD1_PRIORITY,
THREAD1_PREEMPTION_THRESHOLD,
TX_NO_TIME_SLICE,
TX_AUTO_START);


/*Createthread5.*/
tx_thread_create(
&thread_5,
"thread5",
thread_5_entry,
5,
thread_5_stack,
DEMO_STACK_SIZE,
THREAD5_PRIORITY,
THREAD5_PREEMPTION_THRESHOLD,
TX_NO_TIME_SLICE,
TX_AUTO_START);

/*Createasemaphoreforsignalsynchronization*/
tx_semaphore_create(&Semaphore,"Semaphore",0);

}


/*Definethetestthreads.*/

voidthread_0_entry(ULONGthread_input)
{
/*ThisthreadsimplycontrolsLEDflashingtoindicatethatthesystemisrunning*/
while(1)
{
/*Incrementthethreadcounter.*/
thread_0_counter++;

LED1_TOGGLE();

/*Sleepfor200ticks.*/
tx_thread_sleep(200);

}
}

voidthread_1_entry(ULONGthread_input)
{
UINTstatus;
/*Thisthreadsimplysuccessfullyreceivesthesemaphoreandstartstoprintinformation*/
while(1)
{
/*Incrementthethreadcounter.*/
thread_1_counter++;
status=tx_semaphore_get(&Semaphore,TX_WAIT_FOREVER);
if(status==TX_SUCCESS)
{
/*Receivethesemaphore*/
printf("Synchronizationsemaphorereceived
");
}
}
}


voidthread_5_entry(ULONGthread_input)
{
UCHARt=0;
/*Thisthreadsimplyscanbuttonispressedtosendthesemaphore.*/
while(1)
{
/*Incrementthethreadcounter.*/
thread_5_counter++;

t=KEY_Scan(0);
if(KEY1_PRES==t)
{
LED1_TOGGLE();
}
elseif(KEY2_PRES==t){
LED2_TOGGLE();
/*K2ispressedtosendasemaphore*/
tx_semaphore_put(&Semaphore);
}
elseif(KEY3_PRES==t){
LED3_TOGGLE();
}
elseif(KEY4_PRES==t){
LED4_TOGGLE();
}
else{
tx_thread_sleep(10);
}
}
}

3.2 下載與調(diào)試

運行程序，板載LED1閃爍。觀察串口調(diào)試助手，按下K2鍵，串口打印信息：

創(chuàng)建信號量初始值為 0，用于信號同步。任務(wù)5執(zhí)行按鍵掃描，當(dāng)K2按下時通過tx_semaphore_put發(fā)送信號量，對計數(shù)值執(zhí)行加1操作。任務(wù)1通過tx_semaphore_get用于信號量接收，對計數(shù)值執(zhí)行減1操作，實際運行情況是K2鍵每按下一次，串口打印一條信息，Demo演示成功。

4小結(jié)

Azure RTOS 使用信號量能夠方便地實現(xiàn)任務(wù)之間的同步和資源共享機制，結(jié)合MM32F3270的強大性能，可以實現(xiàn)Azure RTOS廣泛的應(yīng)用場景。

審核編輯：湯梓紅