¶ 多线程
¶ 概述
在应用开发的过程中经常会使用到多线程，配合内核提供的同步机制，可以实现多线程之间的同步，从而实现更加灵活的应用业务逻辑。
本章节给开发者介绍Zephyr系统线程同步中多线程的实现，通过本章节学习，开发者可以了解到：
- 多线程基本信息和使用场景
- 多线程的实现方法
TIP
更多关于线程的描述请学习内核-线程章节。
¶ 多线程简介
多线程在项目中主要用来解决并发任务执行，本章节将通过一个简单的示例来说明多线程的实现，示例中创建两个线程threadA和threadB，并在每个线程中分别循环打印Hello World。
¶ 常用API接口
¶ k_thread_create
k_tid_t k_thread_create(struct k_thread *new_thread, k_thread_stack_t *stack, size_t stack_size,
k_thread_entry_t entry, void *p1, void *p2, void *p3, int prio, uint32_t options, k_timeout_t delay);
线程创建。该函数初始化线程并根据delay参数选择来调度执行。新线程根据传递的参数可设置为立即执行或延迟启动。如果新创建的线程没有设置延迟启动，内核调度程序可能会抢占当前线程以允许新线程执行。
线程的options参数的设置，可以特别指定线程的属性，可配置的选项包含有K_ESSENTIAL、K_FP_REG和K_SSE_REG，可以通过使用“|”（逻辑或运算符）分隔多个选项来指定它们，不需要任何线程选项的线程的options配置为0。
传递到此函数的stack参数必须使用以下任一宏定义，以便于移植。
K_THREAD_STACK_DEFINE() ：可用于user线程或主管线程的堆栈。
K_KERNEL_STACK_DEFINE() ：仅可用于主管线程的堆栈。如果启用CONFIG_USERSPACE（用户空间），这些堆栈可用的内存更少。
stack_size必须是按下述来定义：
K_THREAD_STACK_DEFINE()或K_KERNEL_STACK_DEFINE()调用时，传递进去的size参数- 如果
stack参数是用K_THREAD_STACK_DEFINE()定义的，则stack_size为K_THREAD_STACK_SIZEOF(stack) - 如果
stack参数是用K_KERNEL_STACK_DEFINE()定义的，则stack_size为K_THREAD_STACK_SIZEOF(stack)
stack_size使用其他值或直接用sizeof(stack)可能会出现不确定的问题。
k_thread_create函数返回一个新的k_tid_t类型的线程id。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| new_thread | 未初始化的struct k_thread指针 |
| stack | 指向堆栈空间的指针 |
| stack_size | 堆栈空间大小，以字节为单位 |
| entry | 线程入口函数 |
| p1 | 线程入口函数的第一个参数 |
| p2 | 线程入口函数的第二个参数 |
| p3 | 线程入口函数的第三个参数 |
| prio | 线程优先级 |
| options | 线程选项，可配置的选项包含如下： K_ESSENTIAL：此选项会将该线程标记为一个基本的线程。这将指示内核将线程的终止或中止视为一个致命的系统错误。默认情况下，线程不被认为是基本线程。 K_FP_REGS和K_SSE_RGES：这两个选项是 x86 相关的选项，分别表示线程使用 CPU 的浮点寄存器和 SSE 寄存器，指示内核在调度线程进行时需要采取额外的步骤来保存/恢复这些寄存器的上下文。 K_USER：如果启用了CONFIG_USERSPACE（用户空间），这个线程将在用户模式下创建，并且将拥有减少的特权。用户空间未启用的情况下，此标志无作用。 K_INHERIT_PERMS：如果启用了CONFIG_USERSPACE（用户空间），此线程将继承父线程拥有的所有内核对象权限，但父线程对象除外。 可配置为0，表示使用默认属性。 |
| delay | 调度延迟，或传入K_NO_WAIT表示立即参与调度 |
¶ k_thread_start
void k_thread_start(k_tid_t thread);
线程启动。如果thread线程创建的时候，传入的delay参数K_FOREVER，则在k_thread_start函数调用之前，该线程不会被添加到调度队列。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| thread | 已经创建的线程id |
¶ k_thread_name_set
int k_thread_name_set(k_tid_t thread, const char *str);
设置当前线程名。设置线程名可用于跟踪调试代码。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| thread | 已经创建的线程id，或者传递NULL表示设置的是当前线程 |
| str | 自定义的线程名，字符串 |
返回值说明
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| -EFAULT | 传入的字符串参数，出现内存访问错误 |
| -ENOSYS | 没启用线程名配置的options |
| -EINVAL | 传递进来的线程名参数字符串过长 |
更多 线程thread API 使用方法可以参照Zephyr官网Thread APIS。
TIP
本章节需要开发者基于csk6 sdk提供的hello_world示例基础上实现多线程开发，以增强对csk6 sdk的了解和提升实操能力。
¶ 获取sample项目
通过Lisa命令创建hello_world项目：
lisa zep create
sample → hello_world
完成hello_world项目创建后，可参考以下章节API接口和代码实现完成多线程示例的实现。
¶ 项目配置
在 prj.conf 文件中增加以下配置：
CONFIG_STDOUT_CONSOLE=y
# enable to use thread names
CONFIG_THREAD_NAME=y
CONFIG_SCHED_CPU_MASK=y
¶ 代码实现
/* 线程堆栈空间 */
#define STACKSIZE 1024
/* 线程优先级 */
#define PRIORITY 7
/* 线程A */
void threadA(void *dummy1, void *dummy2, void *dummy3)
{
/* 作为示例，本线程没用到dummy这三个参数，使用ARG_UNUSED进行声明，可避免编译时提示Warn */
ARG_UNUSED(dummy1);
ARG_UNUSED(dummy2);
ARG_UNUSED(dummy3);
while (1){
/* 每隔两秒打印一次Hello World */
k_msleep(2000);
printk("threadA: Hello World on %s!\n", CONFIG_BOARD);
}
}
/* 线程B */
void threadB(void *dummy1, void *dummy2, void *dummy3)
{
ARG_UNUSED(dummy1);
ARG_UNUSED(dummy2);
ARG_UNUSED(dummy3);
while (1){
k_msleep(2000);
printk("threadB: Hello World on %s!\n", CONFIG_BOARD);
}
}
/* 定义线程堆栈空间 */
K_THREAD_STACK_DEFINE(threadA_stack_area, STACKSIZE);
static struct k_thread threadA_data;
K_THREAD_STACK_DEFINE(threadB_stack_area, STACKSIZE);
static struct k_thread threadB_data;
void main(void)
{
/* 创建线程 */
k_thread_create(&threadA_data, threadA_stack_area,
K_THREAD_STACK_SIZEOF(threadA_stack_area),
threadA, NULL, NULL, NULL,
PRIORITY, 0, K_FOREVER);
k_thread_name_set(&threadA_data, "thread_a");
k_thread_create(&threadB_data, threadB_stack_area,
K_THREAD_STACK_SIZEOF(threadB_stack_area),
threadB, NULL, NULL, NULL,
PRIORITY, 0, K_FOREVER);
k_thread_name_set(&threadB_data, "thread_b");
/* 启动线程 */
k_thread_start(&threadA_data);
k_thread_start(&threadB_data);
}
¶ 编译和烧录
- 编译
在app根目录下通过以下指令完成编译：
lisa zep build -b csk6011a_nano
- 烧录
csk6011a_nano开发板通过USB连接PC，通过烧录指令开始烧录：
lisa zep flash
- 查看结果
将csk6011a_nano的日志串口A03 TX A02 RX接串口板连接电脑，在电脑端使用串口调试助手查看日志，波特率为115200。
预期日志输出结果：
*** Booting Zephyr OS build fd53c115d07a ***
threadA: Hello World on csk6011a_nano!
threadB: Hello World on csk6011a_nano!
threadA: Hello World on csk6011a_nano!
threadA: Hello World on csk6011a_nano!
threadB: Hello World on csk6011a_nano!
threadA: Hello World on csk6011a_nano!
threadA: Hello World on csk6011a_nano!
threadB: Hello World on csk6011a_nano!