OpenHarmony轻量系统中内核资源主要管理方式
一、背景
OpenAtom OpenHarmony(以下简称“OpenHarmony”)轻量系统面向MCU类处理器例如ARM Cortex-M、RISC-V 32位的设备,硬件资源极其有限,支持的设备最小内存为128KiB,可以提供多种轻量级网络协议,轻量级的图形框架,以及丰富的IOT总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。
在轻量系统内核中,由于可用内存资源少,一般的数据资源都是小批量的,所以其资源管理方式都比较简单且相似,本文重点讲解在轻量系统内核中,典型的资源的存储和访问方式。这些典型的资源包括互斥锁,信号量、消息队列、事件、定时器等。
本文以互斥锁为例来探究其内核资源的主要管理方式。
互斥锁软件模块相关的代码在如下位置
https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/src/los_mux.c
https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/include/los_mux.h
二、模块使能和容量
互斥锁软件模块是编译可裁剪模块,可以通过编译配置宏来打开或者关闭具体的编译配置宏定义在https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/include/los_config.h文件中
通过这个文件可知,liteos_m内核默认是使能互斥锁功能的,但我们根据具体产品可以对其进行设置,如某产品对应的配置文件https://gitee.com/openharmony/device_qemu/blob/master/arm_mps2_an386/liteos_m/board/target_config.h
这里明确看到此产品使用了互斥锁功能,如果需要将其关闭,直接修改成0值即可。
互斥锁支持的最大数目不同产品可以不同,当前这个产品为24,如果产品没有定义容量限制,那么使用默认容量限制(见los_config.h中)。
1.数据保存方式
由于容量较小,采用数组这种简单和原始的数据保存方式,在系统初始化的时候申请数组内存。如下(los_mux.c中)
三、数据访问方式
由于轻量系统的计算资源相对受限,因此需要在算法上斤斤计较。目前提供了ID方式(数组下标访问)和链表访问2种方式,如下进行详细说明。
1. 通过ID访问
在los_mux.h中,定义了通过id访问互斥锁的方法,其实质就是数组下标访问,获取具体互斥锁资源的地址
2.通过空闲链表访问
随着互斥锁的申请和释放,系统中当前正在使用的互斥锁数目是动态变化的。由于采用了数组存储以及内存预留的策略,所以数组中的互斥锁有些是空闲的,有些是正在使用的,并且其状态随着系统的运行过程而无规律地变化。
若仅依赖于数组方式访问互斥锁,则查询空闲互斥锁是一个稍耗时的算法,因为要遍历数组。
为了加快空闲互斥锁的查询,本系统采用了将所有空闲互斥锁组织成链表的方法。这样每次取出链表第一个节点即可,可以极大提升性能。
在los_mux.h中,通过增加muxList字段将所有空闲的互斥锁组织成链表
在los_mux.c中,系统初始化时,所有互斥锁都为空闲状态,放入空闲链表
在los_mux.c中,创建互斥锁时,从空闲链表取下空闲状态的互斥锁
在los_mux.c中,释放互斥锁时,将互斥锁放入空闲链表
四、健壮性考虑
1.空闲状态双保险
除了通过判断是否在空闲链表上来判断描述符是否空闲以外,在结构体中也保存了是否空闲的状态,这样可以增加空闲状态判断的健壮性;另外,通过直接判断状态也比判断是否在链表中性能更高。如下(los_mux.c中):
2.中断上下文保护
由于在中断上下文中不允许有睡眠操作,而互斥锁获取逻辑就是典型的具有睡眠操作的逻辑,所以,互斥锁的获取和释放不能在中断上下文中,如下(los_mux.c中)。
3.任务切换保护
IPC操作有时会需要任务切换,如果当前任务切换功能被临时关闭,则不允许进行IPC操作,互斥锁获取操作也是IPC操作的一种。
代码如下(los_mux.c):
4.关键任务不允许切换
一些系统关键任务运行后,不允许执行IPC逻辑,比如软件定时器任务:其监控多个定时器的超时。假定其执行IPC逻辑导致任务等待某资源比较长的时间,会导致后续部分定时器定时功能失效(不准确)。代码如下(los_mux.c):
五、总结
轻量系统中内核资源多采用数组与空闲链表相结合的方式。除了OpenHarmony轻量系统,其他嵌入式系统中这类的数据存储方式也比较常见。这种方式有如下几个突出的优点
● 简单易懂
● 读写效率高
● 代码紧凑
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