RTOS, тупые вопросы Опции

[spectr]

Привет, друзья!

Вот изучаю как делают RTOS и имею ряд нубских вопросов:

1. Для чего каждая задача в ртосах оформляется в вечный цикл? Чтобы не быть завершенной и забытой "естественным путем"? А если задача больше не нужна, то ее надо прибивать самому с помощью какой-нибудь, условно говоря, os_task_kill(this_task)?
2. Конкретно под Cortex-M4. Как понять какие именно регистры сохранять, а какие - не сохранять при переключении контекста (не считая R0-R3, SP, LR, PC)?
3. Для начала достаточно ли будет делать только переключение контекста в PendSV_Handler шедулером или есть еще какие-либо тонкости?
4. Где физически находятся все эти стеки, на которые указывают регистры?

Спасибо!

[AlexandrY]

Спасибо!

Не в каждой RTOS надо делать в задачах циклы.
В MQX RTOS когда задача доходит до конца ее RTOS стирает из системы без следа а заодно и все ресурсы которые задача захватила, и освобождает все объекты синхронизации захваченные задачей и не освобожденные ею.

Какие регистры сохранять решает компилятор на основании соглашения с производителем чипов. Для ARM есть такое соглашение которое соблюдают все производители компиляторов под ARM.

В вытесняющих RTOS есть как минимум два типа переключателей контекста: переключатель по прерываниям и переключатель программный.

Стеки где скажете там и будут.
Можно выделить статически, можно динамически при создании задач.
Динамически выделяются из менеджеров памяти которые сами память распределяют из статических областей.
Сами области указываются в конфигурационном файле линковщика.

[yes]

1. необязательно. но есть некие упрощения (например, примитивный менеджер кучи), которые в таком виде проще делать. в примерах к RTOS всегда так.

2. в порте RTOS уже сделано. если собираетесь портировать, то вообще-то сохраняют все регистры - так как в общем случае переключение задачи асинхронно к процессу - то есть может произойти в любой момент, а вернуться нужно туда же в том же состоянии.

3. какая RTOS? ну и вряд ли скажу "за все RTOS". как правило пишется один переключатель контекста на ассемблере (из С не получится) и его вызывают из нескольких мест.

4. стеки в памяти (либо в куче, либо в статически выделяемой). при переключении задач указатель стека перебрасывается на соотв. память.

[AlexandrY]

2. в порте RTOS уже сделано. если собираетесь портировать, то вообще-то сохраняют все регистры - так как в общем случае переключение задачи асинхронно к процессу - то есть может произойти в любой момент, а вернуться нужно туда же в том же состоянии.

Развитые RTOS, как MQX например, сохраняет и регистры сопроцессора.
Но в аттрибутах задач можно указать не использовать сопроцессор и тогда часть регистров сохраняться не будет.
Есть и другие ухищрения при переключении контекста для уменьшения количества сохраняемых регистров.

[spectr]

Не в каждой RTOS надо делать в задачах циклы.
В MQX RTOS когда задача доходит до конца ее RTOS стирает из системы без следа а заодно и все ресурсы которые задача захватила, и освобождает все объекты синхронизации захваченные задачей и не освобожденные ею.

Понятно, т.е. если задача не удаляется, то после завершения остается висеть в idle и шедулер ее в общем случае тупо пропускает при переключениях?

Какие регистры сохранять решает компилятор на основании соглашения с производителем чипов. Для ARM есть такое соглашение которое соблюдают все производители компиляторов под ARM.

Эммм, извините конечно, но может быть это решает разработчик ОС, а не компилятор? Не просто так же ручками пишется асмовый код для сохранения именно этих, вот этих и еще вон тех регистров.

2. в порте RTOS уже сделано. если собираетесь портировать, то вообще-то сохраняют все регистры - так как в общем случае переключение задачи асинхронно к процессу - то есть может произойти в любой момент, а вернуться нужно туда же в том же состоянии.
3. какая RTOS?

Не портирую, а пишу свой велосипед. Чисто из интереса и ради лулзов.

Есть и другие ухищрения при переключении контекста для уменьшения количества сохраняемых регистров.

А можно парочку примеров?

[AlexandrY]

Эммм, извините конечно, но может быть это решает разработчик ОС, а не компилятор? Не просто так же ручками пишется асмовый код для сохранения именно этих, вот этих и еще вон тех регистров.

Не портирую, а пишу свой велосипед. Чисто из интереса и ради лулзов.

А можно парочку примеров?

Извиняю конечно, мне ж не известен ваш уровень.
Я написал про случай с автоматическим сохранением. Вполне вариант для кооперативных осей.

И где пример посмотреть указал - MQX.
Если так лениво посмотреть, то вы уж меня тогда извините.

[spectr]

И где пример посмотреть указал - MQX.
Если так лениво посмотреть, то вы уж меня тогда извините.

Ага спасибо, изучаю.

[ViKo]

Что-то мне кажется, сохранять все регистры проще, чем шарить по всем функциям задачи, выискивая, какие регистры используются.
Ради чего такие муки? Нескольких тактов, нескольких байтов?

[spectr]

Вопрос по стеку задачи.
У каждой задачи есть свой стек, в котором хранятся все её локальные переменные, указатели "на куда-то туда и вон туда", а также указатели на стеки вызываемых внутри функций. Верно?
Но регистров-то у процессора не бесконечное количество - всего с десяток-другой штук. А если в одной задаче переменных 30 штук используется и регистров не хватит, то что тогда?

Что-то мне кажется, сохранять все регистры проще, чем шарить по всем функциям задачи, выискивая, какие регистры используются.
Ради чего такие муки? Нескольких тактов, нескольких байтов?

Согласен что проще сохранять/восстанавливать все подряд. Ну я думал, может это моветон так просто и четко делать.

[yes]

Не портирую, а пишу свой велосипед. Чисто из интереса и ради лулзов.

посмотреть советую
1) scmrtos (сильно связана с данным форумом
2) uc-os там есть книжка, которую автор, наверно, писал, когда сам пытался разобраться. на мой взгляд слегка колхозно (не помню уже что и как, но такое впечатление осталось) - но все понятно.
3) freeRTOS - серьезный проект с кучей саппорта и т.д.

еще есть всякие ecos, rtems
у всего перечисленного ++ в том, что доступны исходники.

---------

про MQX - не пользовал. к пропиентарным "осям" испытываю некое предубеждение - когда начнешь разбираться, выяснится, что за что-то нужно платить, лицензировать и т.д. тем более она под тяжелые процессоры (если не ошибаюсь под i.mx-ы), для которых тот же линукс есть...

[AlexandrY]

про MQX - не пользовал. к пропиентарным "осям" испытываю некое предубеждение - когда начнешь разбираться, выяснится, что за что-то нужно платить, лицензировать и т.д. тем более она под тяжелые процессоры (если не ошибаюсь под i.mx-ы), для которых тот же линукс есть...

Скорее так:

scmrtos - это не то что RTOS, а такой же велосипед как тут думает делать TC. А на велосипеды доки не бывает в принципе. Т.е. это не пример для изучения.

uC/OS это безусловно сила. Именно её и надо изучать OSестроителям за интерес.

freeRTOS деньги зарабатывает на том, что не дает бесплатно мануала, а продает его. Это очень некрасиво. Куча авторов кое-как и фрагментарно описывают FreeRTOS, но это все не то ради чего стоит копаться.

А вот если надо изучить RTOS и одновременно сделать Вещь, то MQX самое то.
MQX по движку аналогична uC/OS и freeRTOS.
К линуксу никакого отношения не имеет. Если не думать что родство с линуксом определяется по наличию функций read и write в структурах драйверов.

Путаница с линуксом может возникнуть от того, что в MQX есть стек межзадачного взаимодействия портированный в частности и на линукс.
Поэтому MQX очень легко связать с линуксом в мультикристальных SoC-ах

[yaghtn]

MQX по движку аналогична uC/OS и freeRTOS.

А кому из них аналогичнее?
Возврат из прерывания в MQX происходит как в uC/OS-II через выяснение и переключение на самую приоритетную из задач?
Или как во FreeRTOS, прерывание может вернуть управление именно туда, что прервалось, без переключений контекста?

MQX сейчас доступен для чего-либо, кроме kinetis?
Судя по тому, что freescale.com редиректит на nxp.com, стоит ли ждать MQX для NXP?

[Valentine Logino...]

Вопрос по стеку задачи.
У каждой задачи есть свой стек, в котором хранятся все её локальные переменные, указатели "на куда-то туда и вон туда", а также указатели на стеки вызываемых внутри функций. Верно?
Но регистров-то у процессора не бесконечное количество - всего с десяток-другой штук. А если в одной задаче переменных 30 штук используется и регистров не хватит, то что тогда?

Начните с того, что поиграйтесь с дизасмом и посмотрите где и как компилятор размещает глобальные/локальные переменные, аргументы функций и прочее. Очень интересно и по-новому позволяет смотреть на свой код

А по велосипедству: сначала очень полезно почитать классику (Танненбаум)) и полистать чужие реализации (замечательная статья про TNeo).

[dxp]

А на велосипеды доки не бывает в принципе.

А что такое?

[AHTOXA]

scmrtos - это не то что RTOS, а такой же велосипед как тут думает делать TC. А на велосипеды доки не бывает в принципе. Т.е. это не пример для изучения.

Всё понятно, "Пастернака не читал, но осуждаю". К вашему сведению, scmRTOS издавна поставляется с отличной документацией.

ЗЫ. Вам хоть приплачивают за рекламу MQX? Или это вы добровольно?

[AlexandrY]

Всё понятно, "Пастернака не читал, но осуждаю". К вашему сведению, scmRTOS издавна поставляется с отличной документацией.

ЗЫ. Вам хоть приплачивают за рекламу MQX? Или это вы добровольно?

А вы сколько на scmRTOS зарабатываете?

А что такое?

Вау! Есть оказывается.

Правда объемом со статью на гиктаймсе.
Неудивительно что не заметил.

[yes]

К линуксу никакого отношения не имеет. Если не думать что родство с линуксом определяется по наличию функций read и write в структурах драйверов.

Путаница с линуксом может возникнуть от того, что в MQX есть стек межзадачного взаимодействия портированный в частности и на линукс.
Поэтому MQX очень легко связать с линуксом в мультикристальных SoC-ах

POSIX это не линукс. Линукс - это полноценная ось, в которой не только posix, но и куча всякого разного. то есть то, что сейчас модно называть экосистемой (+ куча народа, который знает эту экосистему). опять же синтетический таргет - то есть перенос кода с ПК.
насколько я понимаю, в том же MQX TCP-шный стек уже за деньги?

то есть, я хотел сказать, что если i.mx6, то смысл ставить на него переключалку задач имеет только для каких-то специфических приложений

[dxp]

Правда объемом со статью на гиктаймсе.
Неудивительно что не заметил.

Покажите статью на гиктаймсе объёмом в 140 страниц А4?

Раньше думал, вы хоть смотрели доку, раз такие смелые выводы делаете. Оказывается, вам это не надо - вам фантазии для этого достаточно. При этом открывшемся обстоятельстве остальные ваши выводы на любые темы вы обесценили сами.

[AlexandrY]

Покажите статью на гиктаймсе объёмом в 140 страниц А4?

Раньше думал, вы хоть смотрели доку, раз такие смелые выводы делаете. Оказывается, вам это не надо - вам фантазии для этого достаточно. При этом открывшемся обстоятельстве остальные ваши выводы на любые темы вы обесценили сами.

Ой извиняюсь.
Не заметил кнопку "More Pages".

Да и на кой читать всю эту доку. Грамматические ошибки исправлять? Или рецензировать?
Со многим согласен, но многое ужасно запутано.
Скажем слово 'порт' в разных смыслах без понятного контекста.
Или слово 'объект', ну просто не перевариваемое. Причем тоже где-то 'объект', где-то 'элемент', где-то 'совокупность', где-то 'часть'. Нет строгости соблюдения терминологии.
У неопытного крыша съедет.

Нет, это я бы не рекомендовал.

[dxp]

Да и на кой читать всю эту доку. Грамматические ошибки исправлять?

Найдите хотя бы одну?

Скажем слово 'порт' в разных смыслах без понятного контекста.
Или слово 'объект', ну просто не перевариваемое. Причем тоже где-то 'объект', где-то 'элемент', где-то 'совокупность', где-то 'часть'. Нет строгости соблюдения терминологии.

"Порт" употребляется в обычном смысле для ПО и в контексте RTOS, тут всё однозначно. "Объект" употребляется преимущественно в контексте используемого ЯП С++, что тоже даёт однозначность. В остальном обычный русский язык, с терминологией обращение аккуратное. В начале даже приведён список используемых терминов и сокращений, дабы свести к минимуму непонятности.

У неопытного крыша съедет.

Похоже, это и наблюдаем.

Нет, это я бы не рекомендовал.

Как обычно в своём репертуаре: не читал, но не рекомендую. Не знакомы с вопросом - проходите мимо, не нужно шум поднимать по теме, о которой вы ничего не знаете, т.к. не дали себе труда хотя бы бегло ознакомиться с ней.

Офтопить прекращаю. Замечу напоследок, что изучать новую тему как правило всегда легче на небольших и неперегруженных примерах и особенно когда имеется подробная документация.

[Kabdim]

... и полистать чужие реализации (замечательная статья про TNeo).

А вы в своих проектах используете Тнео?

[esaulenka]

Не знакомы с вопросом - проходите мимо, не нужно шум поднимать по теме, о которой вы ничего не знаете, т.к. не дали себе труда хотя бы бегло ознакомиться с ней.

Не получается у него. Человек такой...

Пользуясь случаем, хочу сказать "спасибо" за книжку к scmRTOS. Подробно, понятно и с душой.

[spectr]

Еще вопросы.

Значит, написал вот такой код:
main.c:

Код

#define TASK_STK_SIZE 2048
uint32_t task1_stk[TASK_STK_SIZE];

void task1(void* x)
{
    while(1)
    {
        led_toggle(led);
        //printf("@ task1\n");
    }
}

int main(void)
{
    configure_clocks();
    led = led_create(GPIOE, 6);
    
    os_add_task("task1", task1, (void*) 0x555, task1_stk, TASK_STK_SIZE);
    os_start();
    
    while(1);
}

scheduler.c:

Код

typedef struct task_descriptor
{
    uint32_t* stk_ptr;
    uint16_t stk_size;
    task_handler handler;
    void* args;
    task_state state;
    char* name;
} task_descriptor;

static uint8_t tasks_used = 0;
static task_descriptor* tasks[MAX_TASKS];

__asm void _run_process(uint32_t* stk_ptr)
{
    LDR     R4, [R0, #(4*14)]
    ADD     R0, R0, #(4*16)
    MSR     PSP, R0
    MOV     R0, #2
    MSR     CONTROL, R0
    
    CPSIE   I
    BX      R4
}


void os_add_task(char* name, task_handler task, void *args, uint32_t* stk_ptr, uint32_t stk_size)
{
    tasks[tasks_used]->name = name;
    tasks[tasks_used]->handler = task;
    tasks[tasks_used]->args = args;
    tasks[tasks_used]->stk_size = stk_size;
    tasks[tasks_used]->state = RUN;
    
    tasks[tasks_used]->stk_ptr = (uint32_t*) ((uintptr_t) stk_ptr & 0xFFFFFFF8);
    *(--tasks[tasks_used]->stk_ptr) = 0x01000000L;
    *(--tasks[tasks_used]->stk_ptr) = (uint32_t)(task);
    tasks[tasks_used]->stk_ptr -= 14;
    
    //init_stack(task, &stk_ptr[stk_size-1]);
    
    if(tasks_used < MAX_TASKS) tasks_used++;
    printf("# created task: %s\n", name);
}

void os_start(void)
{
    printf("# starting OS...\n");
    _run_process(tasks[0]->stk_ptr);
}

Инициализацию стека задачи и ассемблерный код пока взял из scmrtos (спасибо за наводку!).

Мои вопросы вот в чем:
1. Правильно ли я понимаю: стек задачи - это просто область памяти (в моем случае task1_stk), конец которой заполняется таким образом, чтобы получить в ней значения регистров процессора как при переключении контекста (среди прочего там сидит и указатель на задачу). А далее асмовым (как правило) кодом из этого куска памяти значения тупо переписываются в регистры, после чего все как бы указывает на нужную нам задачу.

2. Приведенный выше код вроде как работает - в задачу task1 входит и крутится в ней. Но если раскомментировать printf в задаче task1, то проц уходит в MemFault (MemManage_Handler) сразу же в самой первой команде printf'а (судя по дизассемблеру). Почему так?

3. Не очень понятна запись tasks[tasks_used]->stk_ptr = (uint32_t*) ((uintptr_t) stk_ptr & 0xFFFFFFF8);. Для чего нужно выравнивание по 8 байтам?

[AHTOXA]

3. Не очень понятна запись tasks[tasks_used]->stk_ptr = (uint32_t*) ((uintptr_t) stk_ptr & 0xFFFFFFF8);. Для чего нужно выравнивание по 8 байтам?

Там же в комментарии написано, прямо перед этой строчкой. Кстати, правильнее выравнивать стек вот так, чтобы это работало с любым размером контекста.

[spectr]

Там же в комментарии написано, прямо перед этой строчкой.

Там написано, что "Архитектура требует выравнивание по 8 байт". А у меня вопрос - почему? Открыл я этот документ, там написано так же непонятно:

[AlexandrY]

Там написано, что "Архитектура требует выравнивание по 8 байт". А у меня вопрос - почему? Открыл я этот документ, там написано так же непонятно:

Потому что функция printf, например, при распечатке чисел с плавающей запятой всегда их берет с выравниванием по 8 байт, как тип double.

Не сделаете выравнивание стека по 8 и получите в задачах неправильную работу функции printf.

Говорю же читайте описание от микриума на uC/OS, это первоисточник.
Откуда думаете scmRTOS появилась?

[spectr]

Говорю же читайте описание от микриума на uC/OS, это первоисточник.

Действительно, в микриуме формирование стека расписано гораздо понятнее:

Код

CPU_STK  *OSTaskStkInit (OS_TASK_PTR    p_task,
                         void          *p_arg,
                         CPU_STK       *p_stk_base,
                         CPU_STK       *p_stk_limit,
                         CPU_STK_SIZE   stk_size,
                         OS_OPT         opt)
{
    CPU_STK    *p_stk;


    (void)opt;                                                  /* Prevent compiler warning                               */

    p_stk = &p_stk_base[stk_size];                              /* Load stack pointer                                     */
                                                                /* Align the stack to 8-bytes.                            */
    p_stk = (CPU_STK *)((CPU_STK)(p_stk) & 0xFFFFFFF8);
                                                                /* Registers stacked as if auto-saved on exception        */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x01000000u;                            /* xPSR                                                   */
    *--p_stk = (CPU_STK)p_task;                                 /* Entry Point                                            */
    *--p_stk = (CPU_STK)OS_TaskReturn;                          /* R14 (LR)                                               */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x12121212u;                            /* R12                                                    */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x03030303u;                            /* R3                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x02020202u;                            /* R2                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)p_stk_limit;                            /* R1                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)p_arg;                                  /* R0 : argument                                          */
                                                                /* Remaining registers saved on process stack             */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x11111111u;                            /* R11                                                    */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x10101010u;                            /* R10                                                    */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x09090909u;                            /* R9                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x08080808u;                            /* R8                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x07070707u;                            /* R7                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x06060606u;                            /* R6                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x05050505u;                            /* R5                                                     */
    *--p_stk = (CPU_STK)0x04040404u;                            /* R4                                                     */

    return (p_stk);
}

И, что интересно, с таким кодом инициализации стека printf из задачи - заработал
UPD: собственно говоря, printf заработал и с кодом от scmRTOS. Ошибка была в строке

Код

    tasks[tasks_used]->stk_ptr = (uint32_t*) ((uintptr_t) stk_ptr & 0xFFFFFFF8);

Я неправильно брал вершину стека. Надо так:

Код

    tasks[tasks_used]->stk_ptr = (uint32_t*) ((uintptr_t) &stk_ptr[stk_size] & 0xFFFFFFF8);

[spectr]

Вопрос по прерыванию PendSV_Handler.

В нем выполняется переключение с одной задачи на другую, но мне непонятно кто его должен вызывать. Планировщик?
Если планировщик, то зачем вызывать отдельное прерывание, когда переключение на другую задачу можно и без ухода в прерывание сделать.

Я нигде не увидел чтобы PendSV в явном виде где-то вызывалось...

[AlexandrY]

Если планировщик, то зачем вызывать отдельное прерывание, когда переключение на другую задачу можно и без ухода в прерывание сделать.

Я нигде не увидел чтобы PendSV в явном виде где-то вызывалось...

В прерывании повышаются привилегии.

Странно почему вы не видите, во всех вызовах стоят _set_pend_sv

[spectr]

Правильно ли я понимаю, что PendSV используется так:

Ему выставляется нижайший приоритет.
Если в данный момент есть что делать - делаем (ну, цикл какой или работа с периферией).
Если делать нечего или мы сидим в прерывании и нам нельзя там долго находиться, то что-то делаем по-быстрому и взводим флажок-запрос на PendSV.
Как только все остальные работающие в данный момент прерывания завершатся, проц, видя флажок-запрос, автоматом уходит в PendSV, т.к. теперь ему теперь совсем нечем заняться и можно спокойно уйти на обработку самого низкоприоритетного PendSV.

В планировщике, если есть живые задачи, также взводится этот флаг, чтобы по наступлению таймаута процессор ушел в PendSV и таким образом выполнил переключение.
Либо в коде самой задачи, в ее самом конце (когда она завершила свою работу согласно алгоритму), делается принудительная установка флажка-запроса на PendSV.

Все так?

Странно почему вы не видите, во всех вызовах стоят _set_pend_sv

Спасибо, рассмотрел.

[demiurg_spb]

Откуда думаете scmRTOS появилась?

Не всё так очевидно...