Zephys OS nano 内核篇：fiber 服务

Zephyr OS 所有的学习笔记已托管到 Github，CSDN 博客里的内容只是 Github 里内容的拷贝，因此链接会有错误，请谅解。

最新的学习笔记请移步 GitHub：https://github.com/tidyjiang8/zephyr-inside

本文讲解 Zephyr 中的 fiber 相关的 API：

- _nano_fiber_ready()

- _fiber_start()

- _fiber_start()

- _nano_fiber_swap()

- fiber_abort()

- fiber_delayed_start()

- fiber_delayed_start_cancel()

_nano_fiber_ready

void _nano_fiber_ready(struct tcs *tcs)
{
// 获取就绪线程链表的表头数据
struct tcs *pQ = (struct tcs *)&_nanokernel.fiber;

// 从表头开始逐渐向后查找链表中的线程，直到所查找线程的优先级比
// 待插入的线程的优先级低(或者相同)为止
while (pQ->link && (tcs->prio >= pQ->link->prio)) {
pQ = pQ->link;
}

// 在查找到的线程前插入待插入的线程
tcs->link = pQ->link;
pQ->link = tcs;
}

内核大总管 _nanokernel　维护了一张由就绪线程形成的就绪链表，这张链表中的线程按优先级由高到低的顺序排列(数字越低，优先级越高)。_nano_fiber_ready() 的作用就是将线程 tcs 按照其优先级插入到这张链表中的对应位置。

严格地说，队列指的是只能在队尾加入数据，队首取出数据的一种数据结构。但是为了与后面的等待队列进行类比，我们将这个链表叫做就绪队列。

_fiber_start

ano_thread_id_t _fiber_start(char *pStack,
unsigned stackSize, /* stack size in bytes */
nano_fiber_entry_t pEntry,
int parameter1,
int parameter2,
unsigned priority,
unsigned options)
{
struct tcs *tcs;
unsigned int imask;

// 由于_new_thread()将在线程栈的低地址处存储线程的控制结构，
// 所以此处直接将 tcs 指向线程栈的低地址处。
tcs = (struct tcs *) pStack;
// 新建一个线程
_new_thread(pStack,
stackSize,
NULL,
(_thread_entry_t)pEntry,
(void *)parameter1,
(void *)parameter2,
(void *)0,
priority,
options);

imask = irq_lock();

// 将该线程加入到就绪线程链表中
_nano_fiber_ready(tcs);

if ((_nanokernel.current->flags & TASK) == TASK) {
// 如果当前正在运行的上下文是 task，则进行上下文切换，然后由
// 调度器选择执行优先级最高的线程
_Swap(imask);
} else {
// 如果当前正在运行的上下文是 fiber，不进行上下文切换，
// 因为 fiber 服务一旦运行，就必须运行完，它是不能被抢占的
irq_unlock(imask);
}

return tcs;
}

该函数用于启动一个新的 fiber 服务，即创建一个新的线程。

irq_lock() 和 irq_unlock() 用于屏蔽中断和使能中断，具体信息请参考《Zephyr OS nano 内核篇：中断的使能和屏蔽》。

_Swap()用于进行上下文切换。当调用_Swap()函数后，调度器会保持当前正在执行的上下文的现场信息，然后调用就绪中优先级最高的线程去执行。具体信息请参考《Zephyr OS nano 内核篇：上下文切换》。

内核还为该函数 _fiber_start() 提供了两个别名：

FUNC_ALIAS(_fiber_start, fiber_fiber_start, nano_thread_id_t);
FUNC_ALIAS(_fiber_start, task_fiber_start, nano_thread_id_t);
FUNC_ALIAS(_fiber_start, fiber_start, nano_thread_id_t);

FUNC_ALIAS 是系统预定义的一个宏，用来为函数取别名，第一个参数是函数本来的名字，第二个参数是函数的别名，第三个参数是函数的返回值。

这样做的原因是为了兼容性考虑，以防今后由于某些原语使 fiber_fiber_start() 和 task_fiber_start() 成为两个实现方法不同的函数。所以我们在调用这类使用了别名的函数时，应尽量根据使用环境选择对应的别名函数。

fiber_yield

void fiber_yield(void)
{
unsigned int imask = irq_lock();

if ((_nanokernel.fiber != (struct tcs *)NULL) &&
(_nanokernel.current->prio >= _nanokernel.fiber->prio)) {

// 将本线程加入到就绪线程链表中，此时线程的状态由执行态转变为就绪态
_nano_fiber_ready(_nanokernel.current);
_Swap(imask);
} else {
irq_unlock(imask);
}
}

如果当前正在执行的线程由于某种原因想主动使用 CPU 的使用权，可以调用该函数。但是 CPU 的使用权释放成功需要满足两个条件：

- 内核中存在就绪线程

- 该线程的优先级比内核中优先级最高的就绪线程的优先级低(或相等)

释放完 CPU 后，该线程的状态由执行态转变为了就绪态，并当该线程在就绪链表中的优先级最高时会被调度器再次调度并执行。

_nano_fiber_swap

FUNC_NORETURN void _nano_fiber_swap(void)
{
unsigned int imask;

imask = irq_lock();
_Swap(imask);

// 编译器不知道 _Swap() 不会反悔，因此会发出一个警告，除非我
// 们使用下面的宏明确地告诉编译器
CODE_UNREACHABLE;
}

_nano_fiber_swap() 也是主动释放 CPU 的使用权，但是与 fiber_yield() 不同的是，该函数释放完 CPU 后，不会被加入就绪队列，因为该线程将永远不会被再执行。

fiber_abort

FUNC_NORETURN void fiber_abort(void)
{
_thread_exit(_nanokernel.current);
_nano_fiber_swap();
}

将当前线程从线程链表　_nanokernel.threads 中删除，然后释放 CPU。

fiber_delayed_start

nano_thread_id_t fiber_delayed_start(char *stack,
unsigned int stack_size_in_bytes,
nano_fiber_entry_t entry_point, int param1,
int param2, unsigned int priority,
unsigned int options, int32_t timeout_in_ticks)
{
unsigned int key;
struct tcs *tcs;

tcs = (struct tcs *)stack;
_new_thread(stack, stack_size_in_bytes, NULL, (_thread_entry_t)entry_point,
(void *)param1, (void *)param2, (void *)0, priority, options);

key = irq_lock();

_nano_timeout_add(tcs, NULL, timeout_in_ticks);

irq_unlock(key);
return tcs;
}

该函数的作用与 _fiber_start() 类似，都会创建一个线程，其不同之处被创建的线程不是立即被加入到就绪线程链表中，而是被加入到一个超时链表中。当经过 timeout_in_ticks 个系统滴答后，该线程才会被加入到就绪线程链表。

关于超时链表，请参考《Zephyr OS nano 内核篇： 超时服务 timeout》

该函数定义了两个别名：

FUNC_ALIAS(fiber_delayed_start, fiber_fiber_delayed_start, nano_thread_id_t);
FUNC_ALIAS(fiber_delayed_start, task_fiber_delayed_start, nano_thread_id_t);

fiber_delayed_start_cancel

void fiber_delayed_start_cancel(nano_thread_id_t handle)
{
struct tcs *cancelled_tcs = handle;
int key = irq_lock();

// 从超时链表中删除该线程的节点
_nano_timeout_abort(cancelled_tcs);
// 从 _nanokernel.threads 的链表中删除该节点
_thread_exit(cancelled_tcs);

irq_unlock(key);
}

该函数的作用是取消使用 fiber_delayed_start() 函数创建的线程，即将其从超时链表中删除。

该函数也定义了两个别名：

FUNC_ALIAS(fiber_delayed_start_cancel, fiber_fiber_delayed_start_cancel, void);
FUNC_ALIAS(fiber_delayed_start_cancel, task_fiber_delayed_start_cancel, void);