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LuatOS 系統(tǒng)框架的模塊化設(shè)計原理

青山老竹農(nóng) ? 來源:jf_82863998 ? 作者:jf_82863998 ? 2026-02-03 15:56 ? 次閱讀
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LuatOS 的設(shè)計核心在于高度模塊化與松耦合架構(gòu)。系統(tǒng)將硬件驅(qū)動、通信協(xié)議、定時任務(wù)等封裝為獨立模塊,通過統(tǒng)一的注冊與回調(diào)機(jī)制接入主事件循環(huán)。這種設(shè)計不僅提升了代碼復(fù)用率,也使得開發(fā)者可以按需裁剪功能,適應(yīng)不同規(guī)模的嵌入式項目需求。

一、LuatOS框架中的概念

在LuatOS中,有三個核心概念和一個調(diào)度器:

1、三個核心概念:任務(wù)(task),消息(message),定時器timer)

2、一個調(diào)度器:sys.run()函數(shù);

1.1 LuatOS任務(wù)(task)

1.1.1 FreeRTOS task和LuatOS task

wKgZPGmBiY-ARabLAAJsLrutcjQ621.png

從上面這張圖中我們可以看到,有兩種任務(wù):

1、第一種是LuatOS內(nèi)核固件中的任務(wù),也就是FreeRTOS創(chuàng)建的任務(wù);這種任務(wù)我們把它命名為FreeRTOS task;

2、第二種是LuatOS項目應(yīng)用腳本中的任務(wù),也就是用戶腳本代碼中調(diào)用sys.taskInit和sys.taskInitEx兩個API創(chuàng)建的任務(wù),這種任務(wù)我們把它命名為LuatOS task;嚴(yán)格意義上說,LuatOS task并不是真正的task,而是利用了Lua中的協(xié)程(coroutine)概念,來等價實現(xiàn)的一種task效果,因為task的受眾面比協(xié)程的受眾面要廣的很多,所以我們在LuatOS中,將協(xié)程(coroutine)包裝成了task的概念,這樣更容易理解和使用;關(guān)于協(xié)程(coroutine)的知識,在本文接下來的內(nèi)容中,我們會接觸到。

在這里我使用一個形象的比喻,爭取可以讓大家更加直觀的理解這兩種任務(wù)的聯(lián)系和區(qū)別:

1、有一個森林,這個森林就是FreeRTOS;

2、森林里生長了很多棵大樹,每一棵大樹都是FreeRTOS創(chuàng)建的一個任務(wù),就是FreeRTOS task;

這些大樹分成了兩種:

a. 一種是長出了樹干,樹干上還有很多樹枝,這一種大樹只有一棵,就是Lua虛擬機(jī)任務(wù)

b. 一種是只長了光禿禿的樹干,樹干上沒有樹枝,這種大樹有很多,除Lua虛擬機(jī)之外,其余所有任務(wù)都是這種大樹

Lua虛擬機(jī)任務(wù)這棵大樹的樹干上長出的所有樹枝,就是一個個的LuatOS task

根據(jù)以上描述畫一張簡圖如下:

wKgZPGmBijyAfUsMAAKeBnk7oEw013.pngwKgZO2mBineAQjPcAAEZAMSbVeY517.png

1.1.2 兩種LuatOS task(基礎(chǔ)task和高級task)

怎么創(chuàng)建一個task,在sys核心庫中提供了兩個api:

sys.taskInit(task_func, ...)

sys.taskInitEx(task_func, task_name, non_targeted_msg_cbfunc, ...)

這兩個api分別創(chuàng)建兩種task,首先我們給這兩種task起個名字,一種叫基礎(chǔ)task,一種叫高級task;

sys.taskInit(task_func, ...)創(chuàng)建的task是基礎(chǔ)task;

sys.taskInitEx(task_func, task_name, non_targeted_msg_cbfunc, ...)創(chuàng)建的task是高級task;

從設(shè)計原理的角度來看,基礎(chǔ)task和高級task的區(qū)別是:

(1) 所有的基礎(chǔ)task共享一個全局消息隊列;

(2) 每個高級task都有自己獨立的定向消息隊列,同時又能使用全局消息隊列;

wKgZO2mBirOADzFKAAK3Q-jfHMk965.png

1.1.3 LuatOS task內(nèi)部運行環(huán)境和外部運行環(huán)境

在LuatOS應(yīng)用腳本開發(fā)過程中,我們所編寫的應(yīng)用腳本代碼,存在兩種業(yè)務(wù)運行的邏輯環(huán)境:

1、一種是在task的任務(wù)處理函數(shù)內(nèi)部的業(yè)務(wù)邏輯環(huán)境中運行,我們簡稱為:在task內(nèi)部運行;

2、一種是在task的任務(wù)處理函數(shù)外部的業(yè)務(wù)邏輯環(huán)境中運行,我們簡稱為:在task外部運行;

怎么理解這兩種業(yè)務(wù)邏輯運行環(huán)境?我們看下面這張圖

看右邊生長出分支的這棵大樹,這棵大樹就是FreeRTOS創(chuàng)建的Lua虛擬機(jī)task,是一個FreeRTOS task;

在這個Lua虛擬機(jī)FreeRTOS task上,這棵大樹再分為兩部分:

1、樹干部分:樹干部分運行的業(yè)務(wù)邏輯環(huán)境就是LuatOS task外部運行環(huán)境;

2、樹枝部分:每個樹枝都是一個獨立的LuatOS task,樹枝部分運行的業(yè)務(wù)邏輯環(huán)境就是LuatOS task內(nèi)部運行環(huán)境;

在這里,大家只要知道有task內(nèi)部運行和task外部運行兩種環(huán)境即可,接下來我們下面講解內(nèi)部設(shè)計原理時,會進(jìn)一步去學(xué)習(xí)理解;

1.1.4 LuatOS task狀態(tài)切換

wKgZO2mBiyKAZm_cAAFMuQgvdCs338.png

1.2 LuatOS消息(message)

LuatOS 的消息機(jī)制是LuatOS task協(xié)作和事件驅(qū)動編程的核心部分,消息機(jī)制包括消息的發(fā)布和訂閱處理、消息的發(fā)送和接收處理;

1.2.1 三種消息隊列

消息需要存儲到消息隊列中,消息隊列中的消息遵循先進(jìn)先出(FIFO)原則;

wKgZPGmBi16AUu_RAAK8X7n7vys045.png

內(nèi)核消息隊列

FreeRTOS創(chuàng)建的每一個task都有一個消息隊列,這種消息隊列就叫做內(nèi)核消息隊列;

內(nèi)核消息隊列是FreeRTOS直接管理的,存儲每個FreeRTOS task內(nèi)核消息的隊列;

LuatOS應(yīng)用全局消息隊列

所有LuatOS task應(yīng)用共享一個消息隊列,這個消息隊列就叫做LuatOS應(yīng)用全局消息隊列;

LuatOS應(yīng)用全局消息隊列是LuatOS虛擬機(jī)直接管理的;

LuatOS基礎(chǔ)task可以接收處理這個消息隊列中的消息,LuatOS高級task可以接收處理這個消息隊列中的消息;

LuatOS外部運行環(huán)境中的業(yè)務(wù)也可以接收處理這個消息隊列中的消息;

LuatOS應(yīng)用定向消息隊列

每個LuatOS 高級task都有一個消息隊列,這個消息隊列就叫做LuatOS應(yīng)用定向消息隊列;

LuatOS應(yīng)用定向消息隊列是LuatOS虛擬機(jī)直接管理的;

每個定向消息隊列和一個LuatOS高級task存在唯一的綁定關(guān)系;

只有綁定的LuatOS高級task才可以接收處理這個消息隊列中的消息;(雖然從源碼設(shè)計上看,所有的LuatOS高級task都可以接收處理定向消息隊列中的消息,但是這樣使用的話,理解起來會比較混亂)

1.2.2 六種消息

根據(jù)消息存儲使用的消息隊列類型以及消息發(fā)送方的不同,可以把消息劃分為以下六類:

wKgZO2mBi7aAC-gHAAQWqQSKpEQ989.png

1.3 LuatOS定時器(timer)

對于LuatOS應(yīng)用程序來說,定時器本質(zhì)上也算是一種特殊的消息,因為定時器太常用了,所以把他單獨拎出來,單獨的一個章節(jié)進(jìn)行講解;

定時器分類如下圖所示:

wKgZO2mBi_iASzZZAAO4VMTsOBA005.png

1.4 LuatOS調(diào)度器(sys.run())

sys核心庫是LuatOS應(yīng)用程序運行的核心大腦,sys.run()是sys核心庫的大腦,負(fù)責(zé)整個LuatOS應(yīng)用腳本程序的調(diào)度和管理,是LuatOS應(yīng)用程序的調(diào)度器;

sys.run()非常重要,但是sys.run()使用起來非常簡單,僅僅在main.lua的最后一行調(diào)用sys.run()即可。

雖然sys.run()使用起來非常簡單,但是如果大家對sys.run()的運行原理有一個總體性的理解和認(rèn)識,對開發(fā)LuatOS應(yīng)用項目來說,幫助很大。

所以在這里,我先對sys.run()內(nèi)部的工作原理做一個簡化后的總體介紹,至于更詳細(xì)的原理介紹,我們會在下面進(jìn)行詳細(xì)講解;

wKgZO2mBjNCARrPYAAH-Ou866mU468.png

我們看上面這張圖:

1、LuatOS內(nèi)核固件中的FreeRTOS會創(chuàng)建一個Lua虛擬機(jī)任務(wù);

2、Lua虛擬機(jī)任務(wù)的處理函數(shù)中,首先進(jìn)行初始化:

在內(nèi)核固件的C代碼中,加載Lua標(biāo)準(zhǔn)庫和LuatOS核心庫;

從LuatOS的腳本分區(qū)找到main.lua

開始逐行嵌套解析執(zhí)行main.lua中的腳本代碼(加載必要的擴(kuò)展庫腳本文件和自己開發(fā)的應(yīng)用腳本文件,并且運行這些腳本文件的初始化代碼)

3、運行main.lua的最后一行代碼sys.run()

4、sys.run()中的實現(xiàn)是一個while true循環(huán),在這個循環(huán)內(nèi),不斷地從內(nèi)核消息隊列和LuatOS應(yīng)用消息隊列中讀取消息,并且分發(fā)消息給接收者進(jìn)行處理。

wKgZPGmBjRaAZ1vUAAK8eZtwn8U761.png

二、sys.lua源碼分析方法

通過本文前三部分的描述,我們對LuatOS運行框架的基礎(chǔ)理論知識做了簡單的回顧;

接下來我們進(jìn)入本講的重點內(nèi)容:學(xué)習(xí)理解LuatOS運行框架的內(nèi)部設(shè)計源碼;

sys核心庫是LuatOS運行框架庫,是LuatOS應(yīng)用程序運行的核心大腦;

我們要深入學(xué)習(xí)LuatOS框架的內(nèi)部設(shè)計原理,就是要深入學(xué)習(xí)sys核心庫的內(nèi)部設(shè)計實現(xiàn)原理;

sys.lua源文件是sys核心庫的代碼實現(xiàn),點擊這里可以看到sys.lua源碼;

所以本講課程中,我們接下來會重點分析sys.lua的源碼實現(xiàn);通過分析sys.lua源碼,從而來學(xué)習(xí)理解LuatOS框架的設(shè)計原理;

sys.lua是sys核心庫的內(nèi)部實現(xiàn);

說到核心庫,我們再來回顧一下LuatOS軟件架構(gòu),如下圖所示:

wKgZO2mBjaWASeQEAAJXLPzmRyg030.png

之前我們講述LuatOS軟件架構(gòu)時,當(dāng)時有說,LuatOS核心庫是用C語言開發(fā)的,這個描述并不準(zhǔn)確,在核心庫中,有一個特例,就是sys核心庫,這個核心庫是用Lua語言開發(fā)的,并且源碼也開放了;

雖然sys核心庫是用Lua語言開發(fā)的,但是它還是一個核心庫,在編譯內(nèi)核固件的時候,會把sys.lua源文件集成到編譯好的內(nèi)核固件中對外發(fā)布;

我們今天采用以下方式來學(xué)習(xí)sys.lua源碼設(shè)計:

1、在目前的sys.lua源文件中增加詳細(xì)的注釋和運行日志,分析代碼設(shè)計

2、使用LuatOS PC模擬器,運行demo代碼+第1步增加運行日志的sys.lua,通過分析運行日志,進(jìn)一步理解sys.lua的設(shè)計原理

在模擬器上運行demo代碼的方法,

本講中使用的demo代碼參考luatos_framework;模擬器運行時的命令如下:

wKgZPGmBjhqAWcEDAAA6oomrQzc968.png

要深入理解LuatOS框架的設(shè)計原理,其實就是深入學(xué)習(xí)sys.lua中的以下幾個概念:

1、一個調(diào)度器:sys.run()

2、三個概念:任務(wù)(task),消息(message),定時器(timer)

3、五張表:

高級task任務(wù)列表(taskList)

全局消息訂閱表(subscribers),全局消息隊列(messageQueue)

定時器處理表(timerPool),定時器回調(diào)函數(shù)參數(shù)表(para)

三、LuatOS 調(diào)度器(sys.run())內(nèi)部設(shè)計

LuatOS調(diào)度器sys.run函數(shù)的主體處理邏輯參考下圖中黃色背景部分

wKgZO2mBjpWAJZQxAAIq4SJaDGg666.png

從這張圖可以看出,在LuatOS內(nèi)核固件中有一個FreeRTOS,F(xiàn)reeRTOS運行起來之后,創(chuàng)建了很多任務(wù),有軟件定時器任務(wù),TCP/IP協(xié)議棧任務(wù),文件系統(tǒng)任務(wù),Lua虛擬機(jī)任務(wù)等。

其中Lua虛擬機(jī)任務(wù)和LuatOS項目的應(yīng)用軟件關(guān)系最為密切;

Lua虛擬機(jī)任務(wù)運行起來之后,經(jīng)過必要的初始化動作,就會去尋找main.lua腳本文件,找到之后,從main.lua的第一行代碼開始解析執(zhí)行,main.lua會執(zhí)行必要的初始化動作并且加載運行其他的Lua腳本應(yīng)用功能模塊,main.lua的最后一行代碼為sys.run(),sys.run()是一個while true的循環(huán)函數(shù),實際上也是Lua虛擬機(jī)任務(wù)的處理函數(shù);

在這個while循環(huán)里面,不斷的分發(fā)處理各種消息,調(diào)度LuatOS項目應(yīng)用軟件的正常運行。

現(xiàn)在,我們一起看下剛才描述的這個過程的源碼,在閱讀源碼之前,我們先看下面這張框圖,描述了主要源碼函數(shù)和代碼段的調(diào)用過程:

wKgZPGmBjtWAdysXAAGFC8OY5Ec033.png

四、LuatOS 任務(wù)(task)內(nèi)部設(shè)計

4.1 sys.taskInit(創(chuàng)建并且運行基礎(chǔ)task)

wKgZO2mBjxCAWb4MAAAm8ho_JDE448.png

4.1.1 源碼分析

wKgZO2mBj2iAZStyAAEIT2Js2KY315.png


我們接下來再看sys.coresume(co, ...)的源碼

wKgZPGmBj5eAML1cAAbom9P6ocs010.png

通過分析sys.taskInit這個api的源碼,我們可以看出,LuatOS的task概念,實際上是對Lua語言的協(xié)程(coroutine)概念的一層封裝,因為task的受眾面比協(xié)程的受眾面要廣的很多,所以我們在LuatOS中,將協(xié)程(coroutine)包裝成了task的概念,這樣更容易理解和使用;

4.1.2 Lua語言中協(xié)程(coroutine)概念的理解

在LuatOS的sys.lua中,把Lua中的協(xié)程概念包裝成了task概念,來實現(xiàn)多任務(wù)的編程效果;

所以我們要想深入理解sys.lua中的內(nèi)部設(shè)計,勢必要對Lua語言中的協(xié)程概念有一個基本的認(rèn)識;

在 Lua 語言中,協(xié)程(coroutine)是一種用戶態(tài)的輕量級線程,它允許程序在執(zhí)行過程中暫停和恢復(fù),從而實現(xiàn)協(xié)作式的多任務(wù)處理。與操作系統(tǒng)的線程不同,協(xié)程的調(diào)度完全由程序自身控制,而非由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度;

1、在LuatOS的sys.lua中,僅僅關(guān)注協(xié)程的三種狀態(tài):

掛起(suspended)狀態(tài),以下兩種情況,協(xié)程處于掛起狀態(tài):

coroutine.create(f)創(chuàng)建協(xié)程后,未主動運行這個協(xié)程;

協(xié)程運行過程中,被本協(xié)程內(nèi)部調(diào)用coroutine.yield(...)暫停;

運行(running)狀態(tài)

處于掛起狀態(tài)的協(xié)程co,在此協(xié)程外執(zhí)行coroutine.resume(co[, ...])則恢復(fù)為運行狀態(tài);

死亡(dead)狀態(tài):以下兩種情況,協(xié)程處于死亡狀態(tài):

協(xié)程正常運行結(jié)束;

協(xié)程運行過程中出現(xiàn)異常結(jié)束;

2、協(xié)程的核心特點

協(xié)作式:協(xié)程必須主動讓出執(zhí)行權(quán)(通過調(diào)用coroutine.yield(...)),其他協(xié)程才有機(jī)會運行。

狀態(tài)保留:協(xié)程暫停掛起時會保存當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)(如變量、棧),恢復(fù)時從暫停處繼續(xù)。

wKgZO2mBkLKAMXdtAAD-5bYOZ6o893.png


4.1.3 應(yīng)用示例

針對剛才對sys.taskInit源碼的分析,接下來我們一起在模擬上運行一個demo示例,加深一下對sys.taskInitapi內(nèi)部設(shè)計的理解;

核心代碼片段如下(重點關(guān)注黃色背景的代碼):

main.lua

wKgZO2mBkPKATbizAABuEHPPQxE635.png

scheduling.lua

wKgZPGmBkRSARY5PAAFPmMVhx-A820.png

首先我們分析一下,在這個demo示例中,使用sys.taskInit(task1_func)創(chuàng)建的任務(wù),任務(wù)處理函數(shù)的task1_func()的源碼+sys.lua源碼,分析下代碼是如何調(diào)度運行的;

接下來我們使用模擬器,針對以下幾種場景,實際跑一下這個demo示例看看運行效果:

模擬器運行指令如下:

wKgZPGmBjhqAWcEDAAA6oomrQzc968.png

1、打開 scheduling.lua中的count = count + "hdjks"

最終運行的核心日志為

wKgZPGmBkYiAdgddAALI81AixbA234.png

2、打開 scheduling.lua中的count = count + "hdjks"

sys.lua中的return wrapper(arg[1], coroutine.resume(...))修改為return coroutine.resume(...)

最終運行的核心日志為

wKgZO2mBkceABLB2AAKA9VzUS4M612.png

3、打開 scheduling.lua中的count = count + "hdjks"

打開main.lua中的

_G.COROUTINE_ERROR_ROLL_BACK = false

_G.COROUTINE_ERROR_RESTART = false

最終運行的核心日志為

wKgZPGmBkguAYiUYAAQGJk-9I50412.png

4.2 sys.taskInitEx(創(chuàng)建并且運行高級task)

wKgZO2mBknaABM2PAAA2NscA1nI447.png


4.2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(taskList)

wKgZO2mBkpCAR_0uAAJC3io3w5M264.png


4.2.2 源碼分析

wKgZO2mBlkWALZvSAAIgTzymLu8480.png


從上面這段代碼可以看到,使用sys.taskInitEx創(chuàng)建一個高級task,和使用sys.taskInit創(chuàng)建一個基礎(chǔ)task相比,最核心的區(qū)別是多申請了一個高級task全局信息表{msgQueue={}, To=false, cb=cbFun},這個全局信息表是高級task處理定時器消息和定向消息的關(guān)鍵;下圖中高級task指向的定向消息隊列,對應(yīng)的就是高級task全局表中的msgQueue={}

wKgZO2mBlmyAadW3AAIvynXarPg150.png

4.2.3 應(yīng)用示例

使用sys.taskInitEx創(chuàng)建一個高級task,和使用sys.taskInit創(chuàng)建一個基礎(chǔ)task相比,最核心的區(qū)別是多申請了一個高級task全局信息表{msgQueue={}, To=false, cb=cbFun},其余實現(xiàn)原理和sys.taskInit完全相同,所以此處不再對sys.taskInitEx結(jié)合實際的demo示例來進(jìn)一步理解了;

在后續(xù)的消息和定時器章節(jié)會進(jìn)一步深入演示學(xué)習(xí)。

4.3 sys.taskDel(清除高級task的內(nèi)存資源)

wKgZPGmBlraAGWKRAAAl2l2B6EQ538.png


4.3.1 源碼分析

wKgZO2mBlwqAM1NHAAPwQAdAMMc936.png


4.3.2 應(yīng)用示例

針對剛才對sys.taskDel源碼的分析,接下來我們一起在模擬上運行一個demo示例,加深一下對sys.taskDelapi內(nèi)部設(shè)計的理解;

核心代碼片段如下(重點關(guān)注黃色背景的代碼):

main.lua

wKgZO2mBkPKATbizAABuEHPPQxE635.png

memory_task_delete.lua

wKgZPGmBl3SAZE41AAEnneGfehk404.png

接下來我們使用模擬器,針對以下三種場景,實際跑一下這個demo示例看看運行效果:

1、打開 memory_task_delete.lua中的sys.taskDel("led_task")

關(guān)閉 memory_task_delete.lua中的dhjsk = las + 2

關(guān)閉main.lua中的

_G.COROUTINE_ERROR_ROLL_BACK = false

_G.COROUTINE_ERROR_RESTART = false

最終運行的核心日志為

wKgZPGmBl8WAZ8vcAAGpw_JfXvs640.png

2、關(guān)閉 memory_task_delete.lua中的sys.taskDel("led_task")

關(guān)閉 memory_task_delete.lua中的dhjsk = las + 2

關(guān)閉main.lua中的

_G.COROUTINE_ERROR_ROLL_BACK = false

_G.COROUTINE_ERROR_RESTART = false

最終運行的核心日志為

wKgZO2mBl_WAJxDiAAITTmMYS6k902.png

3、打開 memory_task_delete.lua中的sys.taskDel("led_task")

打開 memory_task_delete.lua中的dhjsk = las + 2

打開main.lua中的

_G.COROUTINE_ERROR_ROLL_BACK = false

_G.COROUTINE_ERROR_RESTART = false

最終運行的核心日志為

wKgZPGmBmCmAXw2xAAKKolUdnKQ152.png

4、打開 memory_task_delete.lua中的sys.taskDel("led_task")

打開 memory_task_delete.lua中的dhjsk = las + 2

關(guān)閉main.lua中的

_G.COROUTINE_ERROR_ROLL_BACK = false

_G.COROUTINE_ERROR_RESTART = false

最終運行的核心日志為

wKgZO2mBmFaAJ0heAAJJhuP9CGM925.png

通過這個demo示例,我們可以看出sys.taskDel函數(shù)對于內(nèi)存釋放的作用,目前的LuatOS設(shè)計,只需要記住一點就行了:

高級task的任務(wù)處理函數(shù)中,在調(diào)用return語句返回前,或者任務(wù)處理函數(shù)的最后一行代碼,調(diào)用sys.taskDel即可;


五、LuatOS 定時器(timer)內(nèi)部設(shè)計

5.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(timerPool和para)

wKgZO2mBmJiAGCdVAAMXX8wzXUk076.png

5.2 api源碼分析

現(xiàn)在,我在vscode上打開已經(jīng)添加了詳細(xì)注釋的sys.lua,對以下每個api的源碼進(jìn)行分析(僅分析和定時器有關(guān)的源碼部分),為了讓大家對定時器的使用有一個更全局的認(rèn)識,所以也會分析一部分LuatOS倉庫中開源的內(nèi)核C代碼:

wKgZO2mBmPKAVr8IAAFoYufKDvI474.png

下面列舉的函數(shù)調(diào)用棧,供分析源碼時參考使用:

Lua->C:sys.timerStart,sys.timerLoopStart,sys.wait,sys.waitUntil,sys.waitMsg->rtos.timer_start

C: l_rtos_timer_start->luat_timer_start->xTimer接口

C:luat_timer_callback->luat_msgbus_put

Lua->C->Lua:sys.run->rtos.receive->luat_msgbus_get->l_timer_handler(返回rtos.MSG_TIMER,timer_id, repeat三個參數(shù))

5.3 完整業(yè)務(wù)處理過程

wKgZO2mBmS6AVzjCAAKikooDprs543.png

5.4 應(yīng)用示例

剛才我們已經(jīng)分析了和定時器操作有關(guān)的sys.lua源碼,在本講的最后一章,我會基于一個實際的MQTT demo項目,逐行分析項目中應(yīng)用腳本源碼和sys.lua源碼,讓大家在實際的項目中深刻理解LuatOS運行框架中的消息設(shè)計原理;

六、LuatOS 消息(message)內(nèi)部設(shè)計

6.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(subscribers和messageQueue)

wKgZO2mBmZiAaaB9AAHhhLWS8i8240.png

下圖中的全局消息隊列,對應(yīng)的就是messageQueue ={}

wKgZO2mBmdyALdtmAAIvpsP02x0833.png

6.2 api源碼分析

現(xiàn)在,我在vscode上打開已經(jīng)添加了詳細(xì)注釋的sys.lua,對以下每個api的源碼進(jìn)行分析(僅分析和消息處理有關(guān)的源碼部分),為了讓大家對消息的使用有一個更全局的認(rèn)識,所以也會分析一部分LuatOS倉庫中開源的內(nèi)核C代碼:

wKgZPGmBmgqAQyrDAAFsKWPZEhw103.png

在這些api中,消息的發(fā)送和接收api容易混用,組合使用關(guān)系參考下表(每一行的兩個單元格所表示的api必須組合使用):

wKgZPGmBmjGAQhP1AABI_NHIh38701.png

下面列舉五種消息應(yīng)用場景的完整業(yè)務(wù)處理過程:

6.3 內(nèi)核非定時器消息完整業(yè)務(wù)處理過程(以 串口接收到新數(shù)據(jù)消息 為例)

wKgZO2mBml2AXuMAAAFj4ybhZWM578.png

1、uart.on(1, "receive", recv_cb)->l_uart_on

2、luat_irq_uart_cb->luat_msgbus_put

3、sys.run()->rtos.receive->luat_msgbus_get->l_uart_handler(在這里執(zhí)行執(zhí)行uart.on注冊的回調(diào)函數(shù)recv_cb,然后返回空數(shù)據(jù),sys.lua中的rtos.receive返回值為nil)

6.4 系統(tǒng)應(yīng)用全局消息完整處理過程(以"IP_READY"為例)

wKgZPGmBmpaAb6enAAHDW_dWS24284.png


在用戶腳本代碼中,根據(jù)具體的業(yè)務(wù)邏輯,訂閱全局消息"IP_READY"

當(dāng)某一種網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)環(huán)境準(zhǔn)備就緒時,在內(nèi)核固件的netif_ip_event_cb中,主動調(diào)用sys.lua中定義的_G.sys_pub = sys.publish,實際上就是調(diào)用sys.publish發(fā)布一條全局消息"IP_READY",存儲到sys.lua中的全局消息表messageQueue中

在sys.lua中,消息分發(fā)處理:sys.run->dispatch

6.5 用戶應(yīng)用全局消息完整處理過程

wKgZO2mBmtyAWh1bAAGlWb1GrBg662.png


在用戶腳本代碼中,根據(jù)具體的業(yè)務(wù)邏輯,訂閱全局消息

在用戶腳本的代碼,調(diào)用sys.publish發(fā)布全局消息

在sys.lua中,通過sys.run調(diào)度器,執(zhí)行dispatch分發(fā)處理全局消息

6.6 系統(tǒng)應(yīng)用定向消息完整處理過程(以socket.EVENT為例)

wKgZO2mBmweAbfK9AAGwYqfehME736.png


l_socket_callback,當(dāng)內(nèi)核固件中的某一個socket產(chǎn)生異步事件時(例如socke接收到新數(shù)據(jù)),主動調(diào)用sys.lua中定義的_G.sys_send = sys.sendMsg,實際上就是調(diào)用sys.sendMsg給指定Lua腳本中的高級task發(fā)送一條定向消息,存儲到此高級task對應(yīng)的定向消息隊列taskList[task_name].msgQueue中

在用戶腳本代碼中,通過sys.waitMsg去處理定向消息

6.7 用戶應(yīng)用定向消息完整處理過程

wKgZO2mBmzuAQHguAAHiIkfImGQ786.png

1、在用戶腳本代碼中,調(diào)用sys.sendMsg發(fā)送定向消息

2、在用戶腳本代碼中,調(diào)用sys.waitMsg處理定向消息

6.8 應(yīng)用示例

剛才我們已經(jīng)分析了和消息操作有關(guān)的sys.lua源碼,在本講的最后一章,我會基于一個實際的MQTT demo項目,逐行分析項目中應(yīng)用腳本源碼和sys.lua源碼,讓大家在實際的項目中深刻理解LuatOS運行框架中的消息設(shè)計原理;

七、基于MQTT demo項目,再次全面理解LuatOS框架的內(nèi)部設(shè)計運行原理

講到最后,我會基于一個實際的MQTT demo項目,逐行分析項目中應(yīng)用腳本源碼和sys.lua源碼,讓大家在實際的項目中深刻理解LuatOS運行框架的內(nèi)部設(shè)計原理;

7.1 demo項目總體設(shè)計框圖

demo項目的總體設(shè)計框圖如下:

wKgZPGmBm4aAcVzIAAIzRml1dvs627.png

7.2 demo項目源碼+sys.lua源碼綜合分析

這個mqtt demo代碼中的注釋比較詳細(xì),sys.lua代碼注釋也比較詳細(xì),接下來我用vscode直接打開這份demo項目和sys.lua,和大家一起分析下源碼設(shè)計;

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇

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