FreeRTOS协程

FreeRTOS的协程，实际上是线程并发出来的。从协程控制块中没有栈空间就能够知道，每个线程并发出来的协程共用一个栈空间。

/* 协程控制块 */
typedef struct corCoRoutineControlBlock
{crCOROUTINE_CODE pxCoRoutineFunction;    /* 协程函数指针 */ListItem_t    xGenericListItem;          /* 状态列表项 */ListItem_t    xEventListItem;            /* 事件列表项 */UBaseType_t   uxPriority;                /* 协程优先级 */UBaseType_t   uxIndex;                   /* 协程ID，区别不同协程调用相同函数 */uint16_t      uxState;                   /* 协程状态 */
}CRCB_t;

创建协程

/* 创建协程 */
BaseType_t xCoRoutineCreate(crCOROUTINE_CODE pxCoRoutineCode, UBaseType_t uxPriority, UBaseType_t uxIndex)
{BaseType_t xReturn;CRCB_t *pxCoRoutine;/* 为协程控制块申请内存空间 */pxCoRoutine = (CRCB_t *)pvPortMalloc(sizeof(CRCB_t));if(pxCoRoutine){/* 当前协程为空 */if(pxCurrentCoRoutine == NULL){/* 将该协程设为当前协程 */pxCurrentCoRoutine = pxCoRoutine;/* 初始化协程列表 */prvInitialiseCoRoutineLists();}/* 初始化协程优先级 */if(uxPriority >= configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES){uxPriority = configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES - 1;}/* 协程状态 */pxCoRoutine->uxState = corINITIAL_STATE;/* 协程优先级 */pxCoRoutine->uxPriority = uxPriority;/* 协程ID */pxCoRoutine->uxIndex = uxIndex;/* 协程函数指针 */pxCoRoutine->pxCoRoutineFunction = pxCoRoutineCode;/* 初始化协程状态列表项 */vListInitialiseItem(&(pxCoRoutine->xGenericListItem));/* 初始化协程事件列表项 */vListInitialiseItem(&(pxCoRoutine->xEventListItem));/* 将协程状态列表项所属协程设为该协程 */listSET_LIST_ITEM_OWNER(&(pxCoRoutine->xGenericListItem), pxCoRoutine);/* 将协程事件列表项所属协程设为该协程 */listSET_LIST_ITEM_OWNER(&(pxCoRoutine->xEventListItem), pxCoRoutine);/* 设置协程事件列表项值为协程优先级 */listSET_LIST_ITEM_VALUE(&(pxCoRoutine->xEventListItem), ((TickType_t)configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES - (TickType_t)uxPriority));/* 将协程挂接到就绪协程列表中 */prvAddCoRoutineToReadyQueue(pxCoRoutine);/* 返回成功 */xReturn = pdPASS;}/* 内存不足 */else{xReturn = errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;}return xReturn;
}

协程调度

从代码中可以看出，调度协程本质上就是查找超时的协程将其转为就绪，然后调用协程。

也就是说vCoRoutineSchedule函数应该被任务循环调用。

/* 协程调度器 */
void vCoRoutineSchedule(void)
{/* 检查挂起时进入就绪的协程列表，并将协程转移到就绪列表 */prvCheckPendingReadyList();/* 检查延时列表，如果有协程超时则挂接到就绪列表 */prvCheckDelayedList();/* 检查所有就绪列表，是否有协程就绪 */while(listLIST_IS_EMPTY(&(pxReadyCoRoutineLists[uxTopCoRoutineReadyPriority]))){/* 没有协程就绪直接退出 */if(uxTopCoRoutineReadyPriority == 0){return;}--uxTopCoRoutineReadyPriority;}/* 取出最高优先级的就绪协程 */listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(pxCurrentCoRoutine, &(pxReadyCoRoutineLists[uxTopCoRoutineReadyPriority]));/* 运行协程 */(pxCurrentCoRoutine->pxCoRoutineFunction)(pxCurrentCoRoutine, pxCurrentCoRoutine->uxIndex);return;
}

协程调用方式

协程调用是有一定格式的，主要有三个宏：crSTART、crEND和crDELAY

void vACoRoutine(CoRoutineHandle_t xHandle, UBaseType_t uxIndex)
{static int32_t ulAVariable;static const TickType_t xDelayTime = 200 / portTICK_PERIOD_MS;crSTART(xHandle);for(;;){crDELAY(xHandle, xDelayTime);/* 应用程序 */}crEND();
}

将宏展开，可以看出每次调用协程会先运行应用程序，然后将协程挂接到延时列表，最后退出协程

void vACoRoutine(CoRoutineHandle_t xHandle, UBaseType_t uxIndex)
{static int32_t ulAVariable;static const TickType_t xDelayTime = 200 / portTICK_PERIOD_MS;switch(((CRCB_t *)(xHandle))->uxState) {case 0:;for(;;){/* 延时时间大于0 */if((xDelayTime) > 0){/* 将协程挂接到延时列表 */vCoRoutineAddToDelayedList((xDelayTime), NULL);}/* 设置协程状态 */((CRCB_t *)(xHandle))->uxState = (__LINE__ * 2); /* 退出协程，延时结束之后直接进入应用程序 */return;/* 应用程序，运行完之后因为for循环的存在，下一轮又开始延时 */case (__LINE__ * 2):;/* 应用程序 */}};
}

协程间通信

同一任务并发出来的协程，直接使用全局变量即可，不存在共享数据的完整性问题。但是不同任务并发出来的协程之间，如果需要通信，则需要考虑共享数据的完整性问题。FreeRTOS为协程提供了专门的队列通信API，只能用于协程之间通信，不能用于线程和协程之间通信。

发送队列消息，是一个宏定义

/* 发送队列消息 */
#define crQUEUE_SEND(xHandle, pxQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait, pxResult)       \
{                                           \*(pxResult) = xQueueCRSend((pxQueue), (pvItemToQueue), (xTicksToWait));       \if(*(pxResult) == errQUEUE_BLOCKED)                      \{                                      \crSET_STATE0((xHandle));                       \*pxResult = xQueueCRSend((pxQueue), (pvItemToQueue), 0);      \}                                      \if(*pxResult == errQUEUE_YIELD)                          \{                                      \crSET_STATE1((xHandle));                       \*pxResult = pdPASS;                                   \}                                      \
}

将宏定义完全展开

switch(((CRCB_t *)(xHandle))->uxState)
{case 0:;for(;;){
/这一段是展开//* 发送队列消息 */*(pxResult) = xQueueCRSend((pxQueue), (pvItemToQueue), (xTicksToWait));/* 阻塞 */if(*(pxResult) == errQUEUE_BLOCKED){/* 设置协程状态 */((CRCB_t *)(xHandle))->uxState = (__LINE__ * 2); /* 退出协程，阻塞结束之后，直接进入(__LINE__ * 2) */return;case (__LINE__ * 2):;/* 退出阻塞，意味着发送成功或者超时 */*pxResult = xQueueCRSend((pxQueue), (pvItemToQueue), 0);}/* 请求切换协程，也意味着发送成功 */if(*pxResult == errQUEUE_YIELD){/* 设置协程状态 */((CRCB_t *)(xHandle))->uxState = ((__LINE__ * 2)+1);/* 退出协程，下次直接进入((__LINE__ * 2)+1)，然后进入应用程序 */return; case ((__LINE__ * 2)+1):;*pxResult = pdPASS;};
//* 应用程序 */}
};

真正用于发送队列消息的函数为xQueueCRSend

/* 协程发送队列消息 */
BaseType_t xQueueCRSend(QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait)
{BaseType_t xReturn;Queue_t *const pxQueue = xQueue;/* 禁止中断 */portDISABLE_INTERRUPTS();{/* 判断队列是否已满，已满 */if(prvIsQueueFull(pxQueue) != pdFALSE){/* 等待时间大于0 */if(xTicksToWait > (TickType_t)0){/* 将协程挂接到延时列表中 */vCoRoutineAddToDelayedList(xTicksToWait, &(pxQueue->xTasksWaitingToSend));/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 返回阻塞 */return errQUEUE_BLOCKED;}/* 等待时间不大于0 */else{/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 返回错误 */return errQUEUE_FULL;}}}/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 运行到这儿说明解除阻塞或者队列中有位置 *//* 禁止中断 */portDISABLE_INTERRUPTS();{/* 队列项数小于队列长度 */if(pxQueue->uxMessagesWaiting < pxQueue->uxLength){/* 将数据拷贝到队列中 */prvCopyDataToQueue(pxQueue, pvItemToQueue, queueSEND_TO_BACK);/* 返回成功 */xReturn = pdPASS;/* 判断是否存在因等待消息而阻塞的协程，有 */if(listLIST_IS_EMPTY(&(pxQueue->xTasksWaitingToReceive)) == pdFALSE){/* 将协程从事件列表中移除 */if(xCoRoutineRemoveFromEventList(&(pxQueue->xTasksWaitingToReceive)) != pdFALSE){/* 请求切换协程 */xReturn = errQUEUE_YIELD;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 队列已满 */else{/* 返回错误 */xReturn = errQUEUE_FULL;}}/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();return xReturn;
}

接收队列消息

/* 接收队列消息 */
#define crQUEUE_RECEIVE(xHandle, pxQueue, pvBuffer, xTicksToWait, pxResult)    \
{                                                                              \*(pxResult) = xQueueCRReceive((pxQueue), (pvBuffer), (xTicksToWait));      \if(*(pxResult) == errQUEUE_BLOCKED)                                        \{                                                                          \crSET_STATE0((xHandle));                                               \*(pxResult) = xQueueCRReceive((pxQueue), (pvBuffer), 0);               \}                                                                          \if(*(pxResult) == errQUEUE_YIELD)                                          \{                                                                          \crSET_STATE1((xHandle));                                               \*(pxResult) = pdPASS;                                                  \}                                                                          \
}

将宏定义完全展开

switch(((CRCB_t *)(xHandle))->uxState)
{case 0:;for(;;){/* 接收队列消息 */*(pxResult) = xQueueCRReceive((pxQueue), (pvBuffer), (xTicksToWait));/* 阻塞 */if(*(pxResult) == errQUEUE_BLOCKED){/* 设置协程状态 */((CRCB_t *)(xHandle))->uxState = (__LINE__ * 2);/* 退出协程，解除阻塞之后直接进入(__LINE__ * 2) */ return; case (__LINE__ * 2):;/* 运行到这里说明接收到消息或超时 */*(pxResult) = xQueueCRReceive((pxQueue), (pvBuffer), 0);}/* 请求切换协程，也意味着接收到消息 */if(*(pxResult) == errQUEUE_YIELD){/* 设置协程状态 */((CRCB_t *)(xHandle))->uxState = ((__LINE__ * 2)+1);/* 退出协程，下一次直接接入((__LINE__ * 2)+1)，然后运行应用程序 */return; case ((__LINE__ * 2)+1):;/* 接收到消息 */*(pxResult) = pdPASS;};     /* 应用程序 */}
};

真正用于接收队列消息的函数为xQueueCRReceive

/* 协程接收队列消息 */
BaseType_t xQueueCRReceive(QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, TickType_t xTicksToWait)
{BaseType_t xReturn;Queue_t *const pxQueue = xQueue;/* 禁止中断 */portDISABLE_INTERRUPTS();{/* 队列项数为0 */if(pxQueue->uxMessagesWaiting == (UBaseType_t)0){/* 等待时间大于0 */if(xTicksToWait > (TickType_t)0){/* 将协程加入协程延时列表 */vCoRoutineAddToDelayedList(xTicksToWait, &(pxQueue->xTasksWaitingToReceive));/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 返回阻塞 */return errQUEUE_BLOCKED;}/* 等待时间不大于0 */else{/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 返回错误 */return errQUEUE_FULL;}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();/* 运行到这儿说明，解除阻塞或者队列中就有数据 *//* 禁止中断 */portDISABLE_INTERRUPTS();{/* 队列项数大于0 */if(pxQueue->uxMessagesWaiting > (UBaseType_t)0){/* 将指针偏移到新的队列项 */pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom += pxQueue->uxItemSize;if(pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom >= pxQueue->u.xQueue.pcTail){pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom = pxQueue->pcHead;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}/* 队列项数减一 */--(pxQueue->uxMessagesWaiting);/* 将队列项内容拷贝出来 */(void)memcpy((void *)pvBuffer, (void *)pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom, (unsigned)pxQueue->uxItemSize);/* 返回成功 */xReturn = pdPASS;/* 判断是否有协程在等待发送 */if(listLIST_IS_EMPTY(&(pxQueue->xTasksWaitingToSend)) == pdFALSE){/* 将协程从事件列表中移除 */if(xCoRoutineRemoveFromEventList(&(pxQueue->xTasksWaitingToSend)) != pdFALSE){/* 请求切换协程 */xReturn = errQUEUE_YIELD;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 队列项为空 */else{/* 返回错误 */xReturn = pdFAIL;}}/* 恢复中断 */portENABLE_INTERRUPTS();return xReturn;
}

FreeRTOS还提供了带中断的队列消息接收/发送函数，原理大同小异，不再深入分析。

/* 带中断的发送队列消息 */
#define crQUEUE_SEND_FROM_ISR(pxQueue, pvItemToQueue, xCoRoutinePreviouslyWoken) xQueueCRSendFromISR((pxQueue), (pvItemToQueue), (xCoRoutinePreviouslyWoken))
/* 带中断的接收队列消息 */
#define crQUEUE_RECEIVE_FROM_ISR(pxQueue, pvBuffer, pxCoRoutineWoken) xQueueCRReceiveFromISR((pxQueue), (pvBuffer), (pxCoRoutineWoken))

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