RT-Thread 内核对象管理框架

内核对象管理框架

RT-Thread采用内核对象管理系统来访问/管理所有内核对象，内核对象包含了内核中绝大部分设施，这些内核对象可以是静态分配的静态对象，也可以是从系统内存堆中分配的动态对象。

RT-Thread内核对象包括：线程，信号量，互斥量，事件等。
对象容器中包含了每类内核对象的信息，包括对象类型，大小等。
对象容器给每类内核对象分配了一个链表，所有的内核对象都被链接到该链表上。
在这里插入图片描述

RT-Thread中各类内核对象的派生和继承关系。
对于每一种具体内核对象和对象控制块，除了基本结构外，还有自己的扩展属性（私有属性）。
例如，对于线程控制块，在基类对象基础上进行扩展，增加了线程状态、优先级等属性。
这些属性在基类对象的操作中不会用到，只有在与具体线程相关的操作中才会使用。

因此，从面向对象的观点，可以认为每一种具体对象是抽象对象的派生，继承了基本对象的属性并在此基础上扩展了自己相关的属性。

在对象管理模块中，定义了通用的数据结构，用来保存各种对象的共同属性，各种具体对象只需要在此基础上加上自己的某些特别的属性，就可以清楚的表示自己的特征。

这种设计方法的优点有：

提高了系统的可重用性和扩展性，增加新的对象类别很容易，只需要继承通用对象的属性再加少量扩展即可。
提供统一的对象操作方式，简化了各种具体对象的操作，提高了系统的可靠性。

上图中由对象控制块 rt_object 派生出来的有：线程对象、内存池对象、定时器对象、设备对象和 IPC 对象（IPC：Inter-Process Communication，进程间通信。在 RT-Thread 实时操作系统中，IPC 对象的作用是进行线程间同步与通信）；由 IPC 对象派生出信号量、互斥量、事件、邮箱与消息队列、信号等对象。

对象控制块

内核对象控制块的数据结构：

struct rt_object
{
	char name[RT_NAME_MAX];
	rt_uint8_t type;
	rt_uint8_t flag;
	rt_list_t list;
};

目前内核对象支持的类型如下：

enum rt_object_class_type
{
     RT_Object_Class_Thread = 0,             /* 对象为线程类型      */
#ifdef RT_USING_SEMAPHORE
    RT_Object_Class_Semaphore,              /* 对象为信号量类型    */
#endif
#ifdef RT_USING_MUTEX
    RT_Object_Class_Mutex,                  /* 对象为互斥量类型    */
#endif
#ifdef RT_USING_EVENT
    RT_Object_Class_Event,                  /* 对象为事件类型      */
#endif
#ifdef RT_USING_MAILBOX
    RT_Object_Class_MailBox,                /* 对象为邮箱类型      */
#endif
#ifdef RT_USING_MESSAGEQUEUE
    RT_Object_Class_MessageQueue,           /* 对象为消息队列类型   */
#endif
#ifdef RT_USING_MEMPOOL
    RT_Object_Class_MemPool,                /* 对象为内存池类型     */
#endif
#ifdef RT_USING_DEVICE
    RT_Object_Class_Device,                 /* 对象为设备类型       */
#endif
    RT_Object_Class_Timer,                  /* 对象为定时器类型     */
#ifdef RT_USING_MODULE
    RT_Object_Class_Module,                 /* 对象为模块          */
#endif
    RT_Object_Class_Unknown,                /* 对象类型未知        */
    RT_Object_Class_Static = 0x80           /* 对象为静态对象      */
};

那么对象类型的最高位将是 1（是 RT_Object_Class_Static 与其他对象类型的与操作），否则就是动态对象，系统最多能够容纳的对象类别数目是 127 个。

内核对象管理方式

内核对象容器的数据结构：

struct rt_object_information
{
	enum rt_object_class_type type;
	rt_list_t object_list;
	rt_size_t object_size;
}

一类对象由一个rt_object_information结构体来管理，每一个这类对象的具体实例都通过链表的形式挂接在object_list上。
而这一类对象的内存块尺寸由object_size标识出来（每一类对象的具体实例，它们占有的内存块大小是相同的）。

初始化对象

在使用一个未初始化的静态对象前必须先对其进行初始化。
初始化对象使用以下接口：

void rt_object_init(struct rt_object* object,enum rt_object_class_type type, const char* name)

当调用这个函数进行对象初始化时，系统会把这个对象放置到对象容器中进行管理，即初始化对象的一些参数，然后把这个对象节点插入到对象容器的对象链表中。
在这里插入图片描述

脱离对象

从内核对象管理器中脱离一个对象。

void rt_object_detach(rt_object_t object);

调用该接口，可使得一个静态内核对象从内核对象容器中脱离出来，即从内核对象容器链表上删除相应的对象节点。
对象脱离后，对象占用的内存并不会释放。

RT-Thread内核配置示例

RT-Thread的一个重要特性是高度可裁剪性，支持对内核进行精细调整，对组件进行灵活拆卸。

配置主要是通过修改工程目录下的rtconfig.h文件来进行，用户可以通过打开/关闭该文件中的宏定义来对代码进行条件编译，最终达到系统配置和裁剪的目的，如下：

/* 表示内核对象的名称的最大长度，若代码中对象名称的最大长度大于宏定义的长度，
 * 多余的部分将被截掉。*/
#define RT_NAME_MAX 8

/* 字节对齐时设定对齐的字节个数。常使用 ALIGN(RT_ALIGN_SIZE) 进行字节对齐。*/
#define RT_ALIGN_SIZE 4

/* 定义系统线程优先级数；通常用 RT_THREAD_PRIORITY_MAX-1 定义空闲线程的优先级 */
#define RT_THREAD_PRIORITY_MAX 32

/* 定义时钟节拍，为 100 时表示 100 个 tick 每秒，一个 tick 为 10ms */
#define RT_TICK_PER_SECOND 100

/* 检查栈是否溢出，未定义则关闭 */
#define RT_USING_OVERFLOW_CHECK

/* 定义该宏开启 debug 模式，未定义则关闭 */
#define RT_DEBUG
/* 开启 debug 模式时：该宏定义为 0 时表示关闭打印组件初始化信息，定义为 1 时表示启用 */
#define RT_DEBUG_INIT 0
/* 开启 debug 模式时：该宏定义为 0 时表示关闭打印线程切换信息，定义为 1 时表示启用 */
#define RT_DEBUG_THREAD 0

/* 定义该宏表示开启钩子函数的使用，未定义则关闭 */
#define RT_USING_HOOK

/* 定义了空闲线程的栈大小 */
#define IDLE_THREAD_STACK_SIZE 256