在資源受限的嵌入式環(huán)境中，LuatOS采用消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)模塊間解耦與高效通信。通過預(yù)定義消息名稱（如“new_msg”），開發(fā)者可輕松構(gòu)建響應(yīng)式程序結(jié)構(gòu)。接下來(lái)我們將深入剖析其實(shí)現(xiàn)原理與典型使用方法。

LuatOS 的消息機(jī)制是其多任務(wù)協(xié)作和事件驅(qū)動(dòng)編程的核心部分，主要通過sys核心庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

消息機(jī)制包括消息的發(fā)送、接收、訂閱，以及系統(tǒng)消息的定義和使用，下面分別詳細(xì)描述其原理和使用方法。

一、LuatOS 消息機(jī)制的原理

1.1 消息機(jī)制的基本原理描述

LuatOS 基于消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)任務(wù)間通信，消息隊(duì)列遵循先進(jìn)先出（FIFO）原則。

消息機(jī)制配合 Lua 的協(xié)程（coroutine），可以非常絲滑的實(shí)現(xiàn)協(xié)作式多任務(wù)。

每一個(gè)協(xié)程的運(yùn)行，是相互邏輯獨(dú)立的；

在協(xié)程之間收發(fā)消息，可以實(shí)現(xiàn)不同協(xié)程間的通信。

消息發(fā)布者調(diào)用 LuatOS 的 API 發(fā)送全局消息或者定向消息。

訂閱者通過回調(diào)函數(shù)或協(xié)程等待消息并處理，實(shí)現(xiàn)異步事件驅(qū)動(dòng)。

消息調(diào)度流程大致如下：

（1）發(fā)布消息時(shí)，將消息及參數(shù)插入消息隊(duì)列。

（2）消息分發(fā)函數(shù)從隊(duì)列取出消息，根據(jù)消息 ID 查找訂閱者列表。

（3）調(diào)用訂閱者的回調(diào)函數(shù)或恢復(fù)協(xié)程，傳遞消息參數(shù)。

（4）訂閱者處理消息，實(shí)現(xiàn)任務(wù)間通信和事件響應(yīng)。

這種設(shè)計(jì)使得任務(wù)間解耦，消息驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)清晰，適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的異步事件處理需求。

1.2 LuatOS 的消息隊(duì)列

LuatOS 的消息隊(duì)列有兩個(gè)： 用戶消息隊(duì)列和系統(tǒng)消息隊(duì)列。

1.2.1 用戶消息隊(duì)列：

用戶消息隊(duì)列的接收接口有三個(gè)： sys.waitUntil(),sys.waitMsg(),sys.subscribe()。

1.2.2 系統(tǒng)消息隊(duì)列:

系統(tǒng)消息隊(duì)列，存儲(chǔ)在RTOS層，是RTOS操作系統(tǒng)的基本單元。

系統(tǒng)消息只能是使用 RTOS 的接口發(fā)送該消息，并且該發(fā)送消息接口是不開放給用戶的。

系統(tǒng)消息隊(duì)列的消息， 由 sys 核心庫(kù)收取，并傳送給對(duì)應(yīng)的協(xié)程或者回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。

系統(tǒng)消息隊(duì)列用于硬件事件，網(wǎng)絡(luò)事件和定時(shí)器事件的傳遞。

比如說，當(dāng) Lua 腳本的某個(gè)協(xié)程運(yùn)行了這行代碼：

1.3 topic 和消息的差異

1.3.1 topic 和消息的差異

LuatOS 的消息，分為兩類： topic 和消息。

topic 跟事件的概念是類似的，在 LuatOS 語(yǔ)境里面，topic 往往就是指事件。

topic 是全局消息，是廣播消息。

而消息跟 topic 的不同，消息是有特定接收方的，而 topic 沒有特定接收方。

LuatOS 的 sys.publish 接口是發(fā)布一個(gè)全局消息，也就是發(fā)布了一個(gè) topic，也是發(fā)布了一個(gè)事件。

sys.subscribe 接口訂閱了一個(gè) topic，也就是訂閱了一個(gè)事件。

sys.sendMsg, 是發(fā)送的消息， sys.waitMsg, 是等待和處理一個(gè)消息，是有特定的協(xié)程名字作為接收方的。

為了簡(jiǎn)化描述，在下文的其余部分，如果沒有特別的說明，我們不再區(qū)分 topic 和消息的差異，統(tǒng)一把 topic 和消息稱為消息。

1.3.2 mqtt 和 LuatOS 的 topic 的差異

mqtt 的 topic 與 sys 的 topic 有如下差異:

mqtt 的 topic 的訂閱關(guān)系是服務(wù)器側(cè)(borker)維護(hù)的，支持嚴(yán)格匹配和通配符匹配；

sys 的 topic 的訂閱關(guān)系是 LuatOS 嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部維護(hù)的，只支持嚴(yán)格匹配。

1.4 LuatOS 消息的使用

盡管有用戶消息隊(duì)列和系統(tǒng)消息隊(duì)列兩種差異，但是在使用消息的時(shí)候，可以不關(guān)注這種差異。

用戶只需要調(diào)用 sys.publish()接口和 sys.sendMsg()接口，按照自己的需要發(fā)送消息。

在接收和處理消息的時(shí)候，用 sys.subscribe()接口，指定某個(gè)消息的回調(diào)函數(shù)，這時(shí)候的消息，也不需要區(qū)分用戶隊(duì)列的消息還是系統(tǒng)消息，只要知道消息的名字，都可以指定消息的回調(diào)處理函數(shù)。

使用 sys.waitUtil()接口，sys.waitMsg 接口的時(shí)候，也不需要關(guān)心是用戶隊(duì)列的消息還是系統(tǒng)隊(duì)列的消息，只要知道消息名字，都可以處理。

所有的發(fā)送消息，和接收處理消息的接口的使用，接下來(lái)都會(huì)做消息的介紹。

二、消息的發(fā)送

2.1 全局消息（sys 庫(kù)）

全局消息，也可以理解為廣播消息，所有的協(xié)程都是可以監(jiān)聽和處理的。

例如：

該消息發(fā)布后，會(huì)放入用戶的消息隊(duì)列，等待被訂閱者處理。

2.2 定向消息（sys 庫(kù)）

使用sys.sendMsg(taskName, target, arg2, arg3, arg4)向指定任務(wù)發(fā)送消息，可以指定接收消息的協(xié)程的名字，也可以同時(shí)給出消息攜帶的參數(shù)。

這種消息很適用于協(xié)程間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 例如：

該消息直接發(fā)送給指定任務(wù)，很適合請(qǐng)求-響應(yīng)模型。

三、消息的接收處理

LuatOS 消息的接收處理有三種方式： 訂閱消息，取消訂閱息，等待消息。

3.1 訂閱消息

通過sys.subscribe(id, callback)訂閱指定消息的 ID，注冊(cè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng)消息到達(dá)時(shí)調(diào)用回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。 例如：

3.2 取消訂閱

3.3 等待消息

3.3.1 sys.waitUntil 接口

接口原型為：

使用示例：

該機(jī)制基于協(xié)程掛起和恢復(fù)實(shí)現(xiàn)，方便同步等待異步事件。

3.3.2 sys.waitMsg 接口

waitMsg 接口用于定向接收協(xié)程間的消息，用于協(xié)程間的通信，比較適合請(qǐng)求-響應(yīng)的多協(xié)程合作的工作模式。

接口原型：

使用示例：

waitMsg 有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）精準(zhǔn)定向：可以通過taskName和target指定發(fā)送方與消息名稱；

（2）參數(shù)傳遞：sendMsg 可以支持最多 3 個(gè)參數(shù)（通過arg2~arg4字段）；

（3）適用協(xié)程之間的通信（如 HTTP 請(qǐng)求響應(yīng)、任務(wù)間數(shù)據(jù)同步）。

四、sys 系統(tǒng)消息

4.1 系統(tǒng)消息是什么

LuatOS 框架預(yù)定義了一些系統(tǒng)消息，開發(fā)者可以直接訂閱這些消息實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件和系統(tǒng)事件的響應(yīng)。

系統(tǒng)消息是由 LuatOS 內(nèi)核或底層驅(qū)動(dòng)自動(dòng)發(fā)布的全局事件，面向所有訂閱者廣播，適用于硬件狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)事件等。

LuatOS 的系統(tǒng)消息，跟普通的消息并沒有區(qū)別，但是由于是 LuatOS 底層發(fā)布的消息，并沒有指定明確的接收協(xié)程名稱，所以系統(tǒng)消息只能是當(dāng)做全局的廣播消息來(lái)處理。

用戶可以使用 sys.WaitUntil 和 sys.subscibe 接口來(lái)處理系統(tǒng)消息，不能用 susplus.waitMsg 接口處理系統(tǒng)消息。

以下按功能模塊分類詳細(xì)說明所有系統(tǒng)消息及其觸發(fā)條件和參數(shù)：

4.2 系統(tǒng)消息詳解

詳細(xì)的系統(tǒng)消息的定義和解讀，參見如下鏈接：

LuatOS 系統(tǒng)消息詳細(xì)定義：https://docs.openluat.com/osapi/sys_pub/

4.3 補(bǔ)充說明

1， 這些系統(tǒng)消息均為系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)布，不能由用戶主動(dòng)發(fā)布。

2， 可結(jié)合 LuatOS 庫(kù)的 API（如mobile.getCellInfo()、mobile.scell()）獲取詳細(xì)數(shù)據(jù)。

五、LuatOS 的定時(shí)器機(jī)制

LuatOS 定時(shí)器機(jī)制基于消息驅(qū)動(dòng)，常用的軟件定時(shí)器接口集中在sys庫(kù)中。

定時(shí)器到時(shí)后，會(huì)由 sys 庫(kù)接收到定時(shí)器超時(shí)消息，并觸發(fā)注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)或喚醒掛起的任務(wù)。

下面詳細(xì)介紹其用法和原理。

5.1 LuatOS 定時(shí)器的基本原理

5.2 常用定時(shí)器 API 及用法

5.2.1 單次定時(shí)器

1，創(chuàng)建方式：

2，代碼示例：

5.2.2 循環(huán)定時(shí)器

1， 創(chuàng)建方式：

2， 代碼示例

5.2.3 停止定時(shí)器

1, 創(chuàng)建方式：

（1）停止指定定時(shí)器：

（2）停止所有綁定到某個(gè)回調(diào)的定時(shí)器：

2，代碼示例

5.2.4 在任務(wù)中延時(shí)/等待消息

1， 函數(shù)說明

（1）sys.wait(ms)：在 task 協(xié)程中掛起指定毫秒數(shù)，底層用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)

（2）sys.waitUntil("MSG_ID", timeout_ms)：等待某個(gè)消息或超時(shí)

代碼示例：

5.2.5 判斷定時(shí)器狀態(tài)

1，使用方式

2， 代碼示例

5.3 總結(jié)

1，sys.waitsys.waitUntilsys.waitMsg只能在 task 協(xié)程中使用。

2， 定時(shí)器到時(shí)后，底層會(huì)向消息隊(duì)列推送rtos.MSG_TIMER消息，并附帶定時(shí)器 ID。

3， 系統(tǒng)主循環(huán) sys.run() 檢測(cè)到該消息后，會(huì)查找定時(shí)器池，將參數(shù)傳遞給注冊(cè)的回調(diào)或喚醒掛起的協(xié)程

4， 定時(shí)器總結(jié)表

六、消息機(jī)制的使用流程示例

如下的示例，展示了如何訂閱消息、發(fā)布消息和在任務(wù)中等待消息，幫助理解 LuatOS 消息機(jī)制的核心用法。

該示例完整展示了 LuatOS 消息機(jī)制的核心用法，建議在真實(shí)設(shè)備運(yùn)行時(shí)結(jié)合串口日志觀察執(zhí)行流程。

實(shí)際項(xiàng)目中可根據(jù)需要調(diào)整消息類型和定時(shí)器間隔。

6.1 代碼示例

6.2 代碼的執(zhí)行流程說明

1， 初始化階段：

2， 消息傳遞流程：

3， 定時(shí)器生命周期：

6.3 執(zhí)行日志

6.4 關(guān)鍵 API 對(duì)照表

七、總結(jié)

消息機(jī)制原理：基于消息隊(duì)列和協(xié)程，發(fā)布者將消息放入隊(duì)列，訂閱者通過回調(diào)或協(xié)程等待并處理，支持異步事件驅(qū)動(dòng)。

發(fā)送消息：sys.publish()廣播消息，sys.sendMsg()定向發(fā)送消息。

接收消息：sys.subscribe()訂閱消息，sys.waitUntil()和sys.waitMsg()阻塞等待消息，sys.unsubscribe()取消訂閱。

系統(tǒng)消息：框架預(yù)定義多種系統(tǒng)事件消息，直接訂閱即可響應(yīng)硬件和系統(tǒng)事件。

應(yīng)用場(chǎng)景：網(wǎng)絡(luò)模塊通信、傳感器數(shù)據(jù)廣播、定時(shí)器事件處理等。

通過合理使用 LuatOS 的消息機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)高效、解耦的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)，支持復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)和多任務(wù)協(xié)作。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇