6_4 DSP_BIOS：线程调度( part 1 )

DSPBIOS4:线程调度（part1）远见品质4.1线程调度概述许多实时DSP应用都需要同时执行许多不相关的功能(functions,函数),这些功能一般是对外部事件的响应.这些功能就叫线程.DSP/BIOS定义线程为任何独立的指令流.可以是一个函数,或一个中断服务程序.DSP/BIOS使应用程序按线程结构化设计,每个线程完成一个模块化的功能.多线程程序中允许高优先级线程抢占低优先级线程，以及线程间的同步和通讯远见品质4.1.1线程的类型DSP/BIOS支持4种线程：（1）硬件中断（HWI）:频率可达200KHz（5us），处理时限在2us～100us.（2）软件中断（SWI）:时限100us以上，SWI允许HWI将一些非关键处理在低优先级上延迟执行，这样可以减少在中断服务程序中的驻留时间（3）任务(TSK)：任务与软件中断不同的地方在于在运行过程中可以被挂起。DSP/BIOS提供了一些任务间同步和通讯的机制，包括队列、信号灯和邮箱。（4）后台线程（IDL）：MAIN-空闲循环:运行那些没有执行期限（deadlines）的函数远见品质4.1.1线程的类型(续)在DSP/BIOS中还有另外几种函数可以执行，它们是在某一种类型的线程上下文中被执行的：时钟（CLK）函数：在每个定时器中断的末尾执行。缺省情况下，这些函数是按HWI函数执行的。周期（PRD）函数：在片上定时器中断或其它事件多次计数后执行周期函数，周期函数是一种特殊类型的软件中断。数据通知函数：在使用管道（PIP）或主机通道（HST）传输数据时执行。远见品质4.1.2线程的选择(1)SWI、TSK与HWI之间的选择：硬件中断只处理时间要求苛刻的关键任务。HWI可以处理发生频率在200KHz左右的事件。软件中断或任务可以用于执行时间限制在100ms以上的事件。HWI函数应该触发（post）软件中断或任务来进行低优先级处理。使用低优先级线程可以减小中断禁止的时间，允许其它中断的触发。远见品质4.1.2线程的选择(2)SWI与TSK之间的选择:SWI一般用于相对独立的函数，如果要求比较复杂的话使用TSK。TSK提供了很多任务间通讯和同步的手段。一个任务可以挂起等待某一个资源的有效。使用共享数据时，TSK比SWI有更多的选择。而软件中断执行时必须保证所需的数据已经准备好。所有的SWI使用同一个堆栈，所以在存储器使用上更加有效。远见品质4.1.2线程的选择(3)IDL：后台函数用于执行没有执行时间限制的非关键处理CLK：如果希望每个定时器中断时触发一个函数的执行则使用CLK函数。这些函数是当作HWI来运行，所以应该保证运行时间尽量小。缺省的CLK对象PRD_clk增加周期函数的一次计数（tick）。可以增加更多的CLK对象以相同的速率执行某个函数。PRD：PRD函数以整数倍于低分辩时钟中断或其它事件（如外部中断）的频率执行。远见品质4.1.2线程的选择(4)PRD与SWI：所有的PRD函数属于同一个SWI优先级，所有PRD函数间不能互相抢占。PRD函数可以触发（post）低优先级软件中断来延长处理时间。这可以保证在下一个系统计数（tick）到来时PRD_swi（周期函数对应的软件中断）可以抢占这些低优先级中断，新的PRD_swi得以执行。远见品质4.1.3线程的优先级在DSP/BIOS中，硬件中断有最高的优先级，然后是软件中断，软件中断可以被高优先权软件中断或硬件中断抢先。软件中断是不能被阻塞的。任务的优先权低于软件中断，共有15个任务优先权级别（加上TSK_idle应该16个）。任务在等待某个资源有效时可以被阻塞。后台线程idle_loop是优先级最低的线程。远见品质4.1.4线程的比较(1)远见品质4.1.4线程的比较(2)远见品质4.1.5线程让出和抢先(1)DSP/BIOS运行优先级最高的线程当下面情况发生时,不一定运行优先级最高的线程:(1)HWI_disable,SWI_disable或TSK_disable被调用(2)高优先级的任务处于阻塞时,即调用了TSK_sleep,LCK_pend,MBX_pend,orSEM_pend.远见品质4.1.5线程让出和抢先(2)远见品质4.1.5线程让出和抢先(3)线程抢先的例子远见品质4.2硬件中断硬件中断是对外界异步事件触发的,来源可以是片上(on-device)设备或外部设备.硬件中断发生,处理器转向中断处理向量.一个硬件中断在处理时可以被另外一个硬件中断抢占,而不论其优先级.一个硬件中断在响应前触发多次,则仅响应一次.所以硬件中断的响应尽量快.远见品质4.2.1硬件中断的配置在DSP/BIOS配置工具中为每一个硬件中断建立了HWI对象。使用HWI管理器，可以配置每个硬件中断的ISR(中断服务函数)。在HWI对象的属性页中输入ISR的函数名即可。DSP/BIOS负责设置中断向量表。在配置工具中也允许配置中断向量表在内存中的位置（MEM管理器中设置）。远见品质4.2.1硬件中断的配置（图）远见品质4.2.2允许和禁止硬件中断在一个软件中断或任务中，可以在一个关键段的处理中暂时禁止硬件中断。函数HWI_disable和HWI_enable/HWI_restore需成对使用来禁止或允许中断。HWI_disable和HWI_restore成对使用允许硬件中断嵌套。不要进行任务切换远见品质4.2.3中断中的上下文切换和硬件中断管理（1）一个中断抢占另外一个中断时，这个中断要保存和恢复它修改的寄存器。使用HWI_enter和HWI_exit保存和恢复寄存器。HWI_enter/HWI_exit还保证SWI和TSK管理器在合适的时候被调用。使用HWIdispatcher，就把C写的HWI函数放到HWI_enter/HWI_exit宏对中。所以使用HWIdispatcher后，不能再调用HWI_enter/HWI_exit，否会导致系统崩溃。远见品质4.2.3中断中的上下文切换和硬件中断管理（2）HWI_enterC62_ABTEMPS,C62_CTEMPS,IEMASK,CCMASK‘isrcode‘HWI_exitC62_ABTEMPS,C62_CTEMPS,IEMASK,CCMASKC62_ABTEMPS和C62_CTEMPS，决定保存并恢复那些A、B或控制寄存器。IEMASK，定义那些中断位需要被屏蔽。CCMASK，定义CSR中的缓存控制位的设置值。远见品质4.2.3中断中的上下文切换和硬件中断管理（3）HWI_enter/HWI_exit宏还保证在中断嵌套情况下只在最外层中断服务例程中调用DSP/BIOS调度器。如果在HWI或其嵌套的HWI中触发了（trigger）一个SWI（使用SWI_post）或使能了一个高优先权的TSK，那么在最外层的HWI_exit中会调用SWI或TSK的调度器。SWI调度器在切换到任何高优先权TSK之前首先服务所有未决的SWI。时钟中断post的SWI的运行：DSP/BIOS是时钟驱动的操作系统。每个时钟中断服务CLK_F_isr后调用FXN_F_run，FXN_F_run中运行每个CLK对象的函数（这些CLK对象一般用于触发SWI，比如PRD_F_tick时钟函数触发KNL_swi）。接着转到SWI_RUNFXN中，按优先级运行FXN_F_run中post的每个软件中断。最低级的软件中断KNL_swi进行任务调度。最后，回到IDL_loop中。远见品质4.3软件中断软件中断不同于一般处理器上的软件中断指令，DSP/BIOS的SWI模块是独立于任何处理器相关的软件中断指令的。SWI线程适于处理的应用是速率较低的或时限不如HWI严格的工作。SWI的触发是编程实现的，有五个函数可以触发软件中断：SWI_andn,SWI_dec,SWI_inc,SWI_or,SWI_post一个软件中断会一直执行到完毕（没有挂起状态），除非被硬件中断或更高级别的软件中断抢占。如果在HWI中断服务程序内部需要调用任何会触发软件中断的SWI函数，那么需要在中断服务程序的入口和出口调用HWI_enter和HWI_exit，或者使用HWI分派器（diapatcher）来调用中断服务程序。远见品质4.3.1建立SWI对象动态法：SWI_creat；可以动态删除静态法：配置工具；不能动态删除swi=SWI_create(attrs);其中，swi是一个句柄。attrs是一个SWI_Attrs结构。SWI_create只能在任务级调用，而不能在HWI或其它SWI中调用。typedefstructSWI_Attrs{SWI_Fxnfxn;Argarg0;Argarg1;#ifdefined(_54_)Booliscfxn;#endifIntpriority;Unsmailbox;}SWI_Attrs;远见品质4.3.2设置软件中断优先级配置工具中设置SWI对象的优先级。只要存储器容量没有限制，可以建立任意多的SWI对象。软件中断可以有15个优先级，从最低的SWI_MINPR（0）到最高的SWI_MAXPRI（14）。优先级0是保留给KNL_swi对象的，它是任务调度器。远见品质4.3.3软件中断优先级和应用程序堆栈大小除了任务，所有DSP/BIOS中的线程都是在同一个系统栈上运行的。系统栈上保存了当软件中断抢占其它线程时的寄存器内容。为了满足同一时刻最大可能的抢占数量，每增加一个软件优先级别，系统栈大小都要增长。从堆栈使用的角度上看，给所有的软件中断一个优先级更有效。当建立第一个PRD对象时，会自动建立一个新的SWI对象（称作PRD_swi）和系统时钟。如果没有其它的SWI对象，那么PRD_swi对象使用最低优先级，同时增加系统栈的大小。远见品质4.3.4软件中断的执行（1）一般通过调用SWI_andn、SWI_dec、SWI_inc、SWI_or和SWI_post来使软件中断进入调度。这些函数可以在程序的任何地方调用。SWI可以被更高优先级的线程抢占，但是，SWI不能被阻塞，即使软件中断正在等待一个外部设备（比如等到设备准备好）也不可以将它挂起。如果在一个SWI得到执行权之前被触发（post）了多次，那么这个SWI只被执行一次。远见品质4.3.4软件中断的执行（2）Postexecution的过程：当一个SWI对象被触发时（post），SWI管理器将它加入到一个触发递软件中断列表等待执行。然后SWI管理器检查软件中断是否被允许：（1）如果没有被允许，就像在HWI函数中一样，SWI管理器将执行权交给当前线程。（2）如果软件中断是允许的，SWI管理器将被触发（post）SWI对象的优先级和当前线程的优先级作比较：（2.1）如果当前运行线程是后台线程或是低优先级的SWI，那么SWI管理器将这个SWI对象从已触发（posted）SWI对象列表中移去，并将CPU控制权转到被触发的SWI，开始执行这个SWI。（2.2）如果当前运行线程的优先级大于等于被触发（post）的SWI，SWI管理器将控制权转到当前运行线程，当所有高优先级的SWI运行结束后，被触发（post）的SWI才得以运行。远见品质4.3.5SWI对象的邮箱（1）每个SWI都有一个32位的邮箱，它用来决定是否触发中断或者被SWI函数内部使用。5个触发SWI的函数的不同和对邮箱的作用远见品质4.3.5SWI对象的邮箱（2）SWI触发后，邮箱的值恢复初始化的值。SWI_getmbox(),得到SWI在触发前的邮箱值。利用这一点，可以控制SWI的函数的执行次数。（难点之一）提供的运行机制！远见品质4.3.5SWI对象的邮箱（3）5种SWI触发方式的适用场合：SWI_post：直接触发SWI函数运行SWI_inc：控制SWI函数的运行次数。初始值一般为0。（见上页）SWI_andn：多个事件发生才导致SWI函数运行，初始值一般为（111B）等。SW