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全面解析腾讯最新开源 loT 操作系统 TencentOS tiny！

百家作者：CSDN 2019-09-24 11:39:38

作者?| 马超

责编 | 胡巍巍

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

近期腾讯低调地在GitHub上开源了自己的loT操作TencentOS tiny，截至发稿，已经累积了2000多个Star，引发了不小的关注。

由于笔者曾经做过CSDN的嵌入式大版当过很长时间的版主，所以第一时间到https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny下载了全部的代码，第一时间为大家带来解读。

TencentOS tiny整体架构

TencentOS tiny 提供精简的 RTOS内核，其架构图如下：

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目前看其内核部分已经开发完成，并已经完全开源。

从目前TencentOS tiny?的情况看，腾讯入局物联网的相关链条已经规划完整：

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布署了TencentOS tiny?的的嵌入式开发板也已经制造出来，所以看来鹅厂在物联网时代对于入口的争夺也不会有丝毫的放松。

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下面我将对于TencentOS tiny?代码中内核及loT协议部分进行相关解读。

TencentOS tiny?内核信号量与互斥锁解读

TencentOS tiny?的官宣文档中对于其内核的描述如下：TencentOS tiny 实时内核包括任务管理、实时调度、时间管理、中断管理、内存管理、异常处理、软件定时器、链表、消息队列、信号量、互斥锁、事件标志等模块。

其中定时器、消息队列等在之前都有过相应介绍，这里就为大家来解读一下信号量与互斥锁的相关代码。

信号量与互斥锁的异同：

1.信号量与互斥锁最根本的不同点在于：互斥锁的取值只能是0或者1，而信号量的取值范围则可以定义。

2.信号量的作用域可以进程也可以是线程，而互斥锁只能是线程。简单来说互斥锁可以实现线程对于唯一资源的使用保护，而信号量则可以实现多线程或者进程间数量有限资源的使用保护。

从某种意义上讲互斥锁是只能一个资源可用的信号量。

关于TencentOS tiny?互斥体的实现，首先来看其数据结构具体解读如下：

typedef?struct?k_mutex_st?{

???pend_obj_t??????pend_obj;//pendding?obj的列表

???k_nesting_t?????pend_nesting;//个数

???k_task_t???????*owner;//现在所的拥有者

???k_prio_t????????owner_orig_prio;?//现在所的拥有者

???k_list_t????????owner_list;

}?k_mutex_t;

如果大家对于LINUX的内核也有足够了解，那么通过以上数据结构也能看到，TencentOS tiny?没有考虑自旋锁，其实也就是针对loT的场景进行了优化，裁减了多CPU的场景支持。

内核主要代码在此位置：https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny/tree/master/kernel/core/tos_mutex.c

下面我们主要对于其pend操作函数进行解读如下：

__API__?k_err_t?tos_mutex_pend_timed(k_mutex_t?*mutex,?k_tick_t?timeout)

{

???TOS_CPU_CPSR_ALLOC();

???k_err_t?err;



???TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);

???TOS_IN_IRQ_CHECK();



#if?TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN?>?0u

???if?(!pend_object_verify(&mutex->pend_obj,?PEND_TYPE_MUTEX))?{

???????return?K_ERR_OBJ_INVALID;

???}

#endif

???TOS_CPU_INT_DISABLE();//将CPU锁住，防止其它进程进入

???if?(mutex->pend_nesting?==?(k_nesting_t)0u)?{?//没有等待

???????mutex_fresh_owner_mark(mutex,?k_curr_task);//将此mutex的owner置?为当前task

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();//将CPU解锁

???????return?K_ERR_NONE;//返回成功

???}

???if?(knl_is_self(mutex->owner))?{

???????if?(mutex->pend_nesting?==?(k_nesting_t)-1)?{//等待数量如果超限则返回overflow

???????????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????????return?K_ERR_MUTEX_NESTING_OVERFLOW;

???????}

???????++mutex->pend_nesting;

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????return?K_ERR_MUTEX_NESTING;

???}

???if?(timeout?==?TOS_TIME_NOWAIT)?{?//如果锁已经被占用超时时间为不等待，则直接返回

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????return?K_ERR_PEND_NOWAIT;

???}

???if?(knl_is_sched_locked())?{//如果任务被锁定，则直接返回

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????return?K_ERR_PEND_SCHED_LOCKED;

???}



???if?(mutex->owner->prio?>?k_curr_task->prio)?{



???????tos_task_prio_change(mutex->owner,?k_curr_task->prio);//如果owner的优先级更低，也就是其数值更大，则调整优先级

???}



???pend_task_block(k_curr_task,?&mutex->pend_obj,?timeout);//阻塞pending的任务



???TOS_CPU_INT_ENABLE();//解锁CPU总线

???knl_sched();//解锁任务高度



???err?=?pend_state2errno(k_curr_task->pend_state);



???if?(err?==?K_ERR_NONE)?{//如果没有错误

???????TOS_CPU_INT_DISABLE();

???????mutex_new_owner_mark(mutex,?k_curr_task);//刷新mutex当前的owner

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???}



???return?err;

}

TencentOS tiny?信号量的实现

首先来看k_sem_st的结构体：

typedef?struct?k_sem_st?{

???pend_obj_t??????pend_obj;//pending的列表

???k_sem_cnt_t?????count;//关键资源的数量

}?k_sem_t;

其信号量实现的相关代码，在以下位置：

https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny/tree/master/kernel/core/tos_sem.c

下面我们对于post函数进行解读：

__STATIC__?k_err_t?sem_do_post(k_sem_t?*sem,?opt_post_t?opt)

{

???TOS_CPU_CPSR_ALLOC();//为CPU的CPSR进行预分配为后面恢复做准备



???TOS_PTR_SANITY_CHECK(sem);



#if?TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN?>?0u

???if?(!pend_object_verify(&sem->pend_obj,?PEND_TYPE_SEM))?{

???????return?K_ERR_OBJ_INVALID;

???}

#endif



???TOS_CPU_INT_DISABLE();//CPU锁定防止其它进程入

???if?(sem->count?==?(k_sem_cnt_t)-1)?{//若资源数量为-1则返回超限

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????return?K_ERR_SEM_OVERFLOW;

???}



???if?(pend_is_nopending(&sem->pend_obj))?{//如果无pending的情况则直接返回

???????++sem->count;

???????TOS_CPU_INT_ENABLE();

???????return?K_ERR_NONE;

???}



???pend_wakeup(&sem->pend_obj,?PEND_STATE_POST,?opt);//唤醒pending的进程



???TOS_CPU_INT_ENABLE();//恢复CPU

???knl_sched();//恢复任务调度



???return?K_ERR_NONE;

}