qnx驱动开发之编程基础

qnx驱动开发之编程基础 
包括：线程与同步；QNX微内核进程间通信IPC; QNX时间相关 
主题： 
1.线程 
2.同步 
3.消息传递message 
4.脉冲pulses 
5.事件传送event 
6.时间 
7.总结

1.线程 
1.1 进程与线程 
线程在进程中运行 
a.一个进程中至少有一个线程 
b.在一个进程中的线程共享该进程中所有资源 

1.2 如何创建一个线程 
pthread_create (pthread_t tid, pthread_attr_t *attr, void (func) (void ), void *arg); 
用例： 
pthread_create (&tid, &attr, &tfunc, &arg);

1.tid：用于存储线程ID 
2.arrt:用于设置线程的特性，如运行的优先级 
3.tfunc：该线程的运行函数 
4.arg：为传递给tfunc的各种参数

1.3 使用线程的attributes来设置线程优先级： 
pthread_attr_t attr; 
struct sched_param param; 
pthread_attr_init(&attr);// init to defaults 
pthread_attr_setinheritsched (&attr, 
PTHREAD_EXPLICIT_SCHED); 
param.sched_priority = 15; 
pthread_attr_setschedparam (&attr, &param); 
pthread_attr_setschedpolicy (&attr, 
SCHED_NOCHANGE); 
pthread_create (NULL, &attr, t_func, &t_args);

2.同步 
2.1 资源 
一个进程中的多线程资源共享情况 
共享资源： 
1.定时器 timers 
2.频道 channels 
3.链接 connections 
4.内存存取 memory access 
5.文件描述符 file pointer/descriptors 
6.信号处理 signal handlers

不共享资源： 
1.栈 stack 
2.寄存器 registers 
3.对称多内核的cpu掩码 cpu mask for SMP 
4.信号掩码 signal mask

2.2 问题 
多线程的新问题 
共享内存区： 
1.多线程间写：可能会重复写彼此的资源 
2.多线程间读：不知道数据什么时候稳定或者有效 
3.线程需要有本地存储，即使这个存储为全局的

解决方案：同步 
1.互斥量 mutexes 
2.一次运行 once control 
3.读写锁 rwlocks 
4.睡眠 sleepon 
5.condvars

2.3互斥 mutual exclusion 
互斥意味着只有一个线程执行以下内容： 
1.一次只有一个线程能进入临界段 
2.一次只有一个线程能存取某段特殊数据 
3.一次只有一个线程能访问硬件

posix提供以下调用： 
– administration 
pthread_mutex_init (pthread_mutex_t , pthread_mutexattr_t ); 
pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *); 
– usage 
pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *); 
pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *); 
pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *);

一个简单的用例： 
pthread_mutex_t myMutex; //互斥量的创建 
init () //互斥量的初始化 
{ 
… 
// create the mutex for use 
pthread_mutex_init (&myMutex, NULL); 
… 
} 
thread_func () //线程函数过程 
{ 
… 
// obtain the mutex, wait if necessary 
pthread_mutex_lock (&myMutex); 
// critical data manipulation area 
// end of critical region, release mutex 
pthread_mutex_unlock (&myMutex); 
… 
} 
cleanup ()//互斥量的销毁 
{ 
pthread_mutex_destroy (&myMutex); 
} 
注意：typedef struct { 
pthread_mutex_t mutex; 
char dataArea [64]; 
int flags; 
} LockingDataStructure_t; 
在这个结构中，这个函数pthread_mutex_destroy (&myMutex);经常被用到。 
如果这个结构是动态的创建与释放，在这个结构释放之前，Mutex应该被销毁。 
当一个进程dies后，任何的Mutex锁定都会被该进程自动地解锁并销毁。

3. 消息传递 
3.1 QNX® Neutrino® RTOS的原生消息是基于客户端/服务器模型的。 

1.客户端给服务器发送请求，阻塞 
2.服务器接收，并且处理消息 
3.服务器回应客户端，客户端从服务器接收到回应，就继续运行

消息传送场景的具体内容： 
– 服务器Server: 
• 创建一个频道 creates a channel (ChannelCreate()) 
• 等待消息waits for a message (MsgReceive())* 
• 执行消息处理流程performs processing 
• 给客户端发送回应sends reply (MsgReply())* 
• 继续运行goes back for more 
– Client: 
•链接服务器的频道，得到一个链接connection attaches to channel (ConnectAttach()) 
• 发送消息 sends message (MsgSend())* 
•等待服务器回应 ，接收回应 processes reply 
• … 
具体图解： 

客户端连接服务器，发送消息： 

coid = ConnectAttach (nd, pid, chid, index, flags) 
MsgSend (coid, &sendmsg, sbytes, &replymsg, rbytes)

. nd：节点描述符 noid descriptor （分布式节点）不是分布式就默认 ND_LOCAL_NODE 
. pid：进程ID process id 
. chid：频道ID channel id 
. nd，pid，chid的信息都可以从进程管理器process manager中得到 
尽管connection ID coid是一个文件描述符并且一个文件描述符也可以是coid，但是不可以使用I/O函数。 (e.g. you wouldn’t do write(coid, …)). 原因是：如果用fd = open(…)来创建一个connection，资源管理器进程（the server）就知道了这个文件描述符。那么资源管理器就不知道任何用ConnectAttach()创建的connection。 
注意： 因为程序经常默认文件描述符0, 1 and 2 是stdin, stdout, andstderr， 对于connection IDs用数字来表示比用文件描述符好。你可以用 ConnectAttach() 中的标志flags_NTO_SIDE_CHANNEL 来实现。

服务器客户端建立连接的程序框架示例： 

3.2 使用IOVs 
当你需要将多个缓冲（数组）用一个消息发送时，有两个方案： 
1. 使用多次memcpy()将多个数组组合成一个数组，再使用MsgSend()发送。 
2. 使用IOVs,再使用MsgSendv()发送。

iov_t结构详细: 
typedef struct { 
void *iov_base; //一个iov元素的首地址 
size_t iov_len; //一个iov元素的长度 
} iov_t; 
一般将其作为一个数组使用：iov_t iovs [3]; 
如何使用一个IOV: 

当它被发送或者接收时，这些分散部分将被看作是一个邻接的字节序列，这对于分散/集合 缓存 是一个很好的方法。与IOVs相关的消息函数名都附带一个”v” 比如(MsgReceivev/MsgReadv/MsgReplyv/MsgSendv/MsgSendsv/MsgSendvs/MsgWritev) 
使用IOV的主要的好处是：可以解决发送或接收一个以多个分散的部分组成的消息。。如a header and several blocks of data

SETIOV()宏展开： 
、、#define SETIOV(_iov, _addr, _len) \ 
((_iov) -> iov_base = (void *)(_addr), (_iov) -> iov_len = (_len)) 

notes：发送时，不会将header和message拷贝到一个线性区然后发送，而是使用IOVs去通知内核它应该使用由IOVs描述的不同数据片段。 

notes：当内核把数据从客户端拷贝到服务端时，不会有任何特别的分组。只是将它们看作是一个没有任何分界的连续字节序列。 

注：接收数据格式，是服务端自己定义。 
notes: 
因为内核不会强制对从客户端复制的数据进行特殊分组，服务器可以自由的以任何一种有意义的方式分组，来解释这些数据，不管客户端定义的分组。 
我们理解了一个文件组成，它建立了一个IOV去将header读取到一个特殊的结构中，然后把剩余的数据以4K单位分块并存储在缓冲区。而不需要任何复制。 
对于以上的header：我们是假设接收端知道有多少数据要接收。但在实际中，在我们处理消息之前，我们不知道要接收多少数据，就可以用以下方法： 

notes：这个函数调用仅仅只是得到了header，然后服务端就去解析header，并且组织一个IOVs。该IOVs描述的是剩余的数据该如何存放，即服务端就知道了将要接收多少字节的数据。 
内核不会写出超过在一个IOV钟具体指定缓存的末端。比如当接收到一个pluse，IOV的第一部分必须要足够大去接收pluse，否则，MsgReceive*()将会返回一个默认错误(Bad address)。 

notes： MsgRead*()函数调用继续把数据从客户端拷贝到服务端，从起始地址开始拷贝。（该例中是12，因为该例的header的大小是12bytes），因为服务端已经提前计算出缓存的地址，所以剩余的消息可以接收到。 
被读取的线程如果还没有得到回应，它就必须处于REPLY_BLOCKED状态。 
你可以尽你的需要去多次使用MsgRead*() 函数来处理消息。 
例如：你可以调用MsgRead*()(with an offset of 12 bytes)来接收第一个4k数据。等你处理完这 4k数据后，你再次调用MsgRead*() (with an offset of 4K + 12 bytes)来接收第二个4k数据。以此类推，直到你读取完所有数据。另外，如果你不需要读取所有客户端提供的数据，你不需要做任何处理，仅仅是忽略剩余的数据，然后MsgReply*() 回应客户端。

3.3状态 

4.脉冲pluses 
特性：

• 小，非阻塞消息传递 
  32位有效值 
  8位编码（负值保留）即只有7位可用 （一般负值用于系统pluse）

• 快速

  使用方法： 
  
  pulses的接收和其他消息message一样，都是使用 MsgReceive*()函数调用。此函数返回0表明是pluse，否则是message。 
  notes：MsgSendPulse()以一种非阻塞方式发送40位有效值信息。 
  priority优先级参数：可以允许你指定pluse的优先级。 
  code：范围是_PULSE_CODE_MINAVAIL to_PULSE_CODE_MAXAVAIL，负值被QSS保留。 
  返回值：0：你不能使用MsgReply*() ，因为表明它是pluse，不需要回应。即它是单向的消息。

更常用的是：将pluse作为一个事件event来发送。 

notes：在events小结中将详细谈到。 
pluse消息使用的架构： 

4.1 pulse结构体 Pulse Structure 
当我们接收pulse时，pluse 结构至少有以下成员。 

code和value组成40bits发送码。code指定脉冲类型，value携带数据。 
notes：pulse实际结构是一个union 
union sigval { 
int sival_int; 
void *sival_ptr; 
}; 
4.2 接收到pluse时的处理方法 

因为我们接收到的是不同的pulse类型，我们用监测pulse code value的方法来判别接收到何种类型的pluse。 
notes：如果在ChannelCreate()或者name_attach()调用时，你用了特殊的flags，你可能只收到内核pulse。

5.事件 Event Delivery 
event是一种消息通知形式。

• 能来自不同的地方
• 接收能够以pulses，signals形式不阻塞InterruptWait()。。。 
   
  5.1 event delivery实例 
   
  1.客户端准备一个事件event并且和其他请求一起发送给服务端 
  2.服务端接收，并存储在某个地方，然后回应客户端（我稍后处理这个事件），客户端继续运行 
  3.当服务端完成事件后，将用MsgDeliverEvent (rcvid, &event)告诉客户端事件完成。然后客户端继续运行，可发送其他消息。 
  5.2 the event 
  event结构： 
   
  此结构包含了客户端想要的一切。 
  客户端指定它想接收的event类型： 
   
  notes： 
  SIGEV_INTR将引起一个符合InterruptWait() 函数来非阻塞。 
  SIGEV_UNBLOCK不会阻塞线程，用于TimerTimeout() or timer_timeout(). 
  在SIGEV_结构单中，只有SIGEV_SIGNAL是POSIX,其余的都是QNX Neutrino独有的。 
  5.3 pulse历程 
   
  5.4 signal历程 
   
  notes： 
  The code (event.sigev_code) must be in the range SI_MINAVAIL to 
  SI_MAXAVAIL from sys/siginfo.h.

6.Time 
QNX® Neutrino®的Time概念： 

notes： 
在传统的x86PC上，使用的是主板上的时钟。它能够生成1.1931816 MHz的中断。 
6.1 Ticksize 节拍

• 如果处理器速度> 40MHz，默认Ticksize 为1ms
• 如果处理器速度>=40MHz，默认Ticksize 为10ms

• 即所有定时都将基于这个规定，分别不会低于1ms或10ms。 
  notes：该时钟通常不能被用于精确到1ms定时的编程中，如果要用一般会选用更低的时钟。例如：on IBM PC hardware, you willactually get 0.999847ms

  在编程中，我们可以改变这个定时值tick size。 
  notes：QNX Neutrino基本不能提供精确2ms的定时，它只会很接近有效时钟周期。因为这个时钟是来源于晶振或者被整除得到。 
  6.2 如何使用定时器 using timers 
  
  6.3 如何设置定时器 setting a tiemr 
  要设置一个定时器，进程该这样设置： 
  1.要搞清是什么类型的timer 
  • periodic 周期的 
  • one-shot 一次性的 
  2.timer anchor 时间参考点 
  • absolute 绝对的 
  • relative 相对的 
  3.触发器下的event发送 
  • fill in an EVENT structure 
  notes：如果准备使用电源管理，当你们不使用它们时，要记得关掉periodic timers。 
  例如： 
   
  我们想有一个服务端接收一个每隔1.2秒的时间维护消息，以致于它能够完成完整性检测。 
  
  notes：

7.总结 conclusion