RT-Thread内核对象控制块详解

背景

• 学习RT-Thread，除了基础的应用，应该花点时间，研究下底层内核的实现方法。
• RT-Thread内核，整体代码量不大，很适合研究，后期，打算在这个基础上，开发一些软件包。
• 之前了解了一点数据结构的知识，主要为结构体、链表。不过感觉没有真正的使用起来。
• 程序 = 数据结构+算法。
• 万事开头难，先从最基本的概念开始。

内核对象控制块

• 对象(object)结构体

• 对象可以派生具体的对象

导火索

• 今天，想仔细看看RT-Thread 的内核的对象，基本上都是结构体，看看结构体的大小，占用RAM的大小。
• 单片机的程序，短小精悍是每个嵌入式软件工程师追求的，实现相同功能，占用最少资源，意味着硬件成本会进一步降低。
• 编写一个函数，打印一下rt_object 等对象的结构体占用的内存（RAM）大小。

void print_kernel_object_size(void)
{
    struct rt_object obj;
    rt_kprintf("struct rt_object size=%d\\n", sizeof(obj));
    rt_kprintf("rt_list_t size=%d\\n", sizeof(rt_list_t));
    rt_kprintf("struct rt_timer size=%d\\n", sizeof(struct rt_timer));
    rt_kprintf("struct rt_thread size=%d\\n", sizeof(struct rt_thread));
    rt_kprintf("struct rt_ipc_object size=%d\\n", sizeof(struct rt_ipc_object));
    rt_kprintf("struct rt_semaphore size=%d\\n", sizeof(struct rt_semaphore));
    rt_kprintf("struct rt_mutex size=%d\\n", sizeof(struct rt_mutex));
    rt_kprintf("struct rt_event size=%d\\n", sizeof(struct rt_event));
    rt_kprintf("struct rt_mailbox size=%d\\n", sizeof(struct rt_mailbox));
    rt_kprintf("struct rt_messagequeue size=%d\\n", sizeof(struct rt_messagequeue));
    rt_kprintf("struct rt_mempool size=%d\\n", sizeof(struct rt_mempool));
    rt_kprintf("struct rt_device size=%d\\n", sizeof(struct rt_device));
    rt_kprintf("struct rt_device_graphic_info size=%d\\n", sizeof(struct rt_device_graphic_info));
}


MSH_CMD_EXPORT(print_kernel_object_size, print_kernel_object_size); //导出命令

• 运行效果

msh / >pri
print_kernel_object_size
msh / >print_kernel_object_size
struct rt_object size=20
rt_list_t size=8
struct rt_timer size=44
struct rt_thread size=128
struct rt_ipc_object size=28
struct rt_semaphore size=32
struct rt_mutex size=36
struct rt_event size=32
struct rt_mailbox size=48
struct rt_messagequeue size=60
struct rt_mempool size=52
struct rt_device size=80
struct rt_device_graphic_info size=12

• struct rt_object size=20，说明：RT_NAME_MAX为8时，内核对象大小为：20字节（8+ （4）+8 = 20）
• 初步分析，rt_uint8_t type,rt_uint8_t flag，因为内存对齐，占用了2+2=4个字节。（Keil MDK5 armcc）

/**
 * Base structure of Kernel object
 */
struct rt_object
{
    char       name[RT_NAME_MAX];                       /**< name of kernel object */
    rt_uint8_t type;                                    /**< type of kernel object */
    rt_uint8_t flag;                                    /**< flag of kernel object */


#ifdef RT_USING_MODULE
    void      *module_id;                               /**< id of application module */
#endif
    rt_list_t  list;                                    /**< list node of kernel object */
};

• 当我更改内核对象中的：rt_uint8_t type --> rt_uint32_t type，验证下结构体大小时，却发生了Assert 栈溢出。

\\ | /
- RT -     Thread Operating System
/ | \\     4.0.3 build Jan 16 2021
2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
thread: stack overflow

• 经过调试，发现是线程结构体引起的对齐问题。结构体，一定要注意结构与大小一致。
• 线程控制块（结构体）rt_thread，使用了内核对象块，是重写的。

• 看来，还是不要直接改基础的内核控制块。
• 要改rt_object的结构体大小，其他对象派生的对象，都要注意下。

总结

• 通过打印rt_object等结构体的大小，了解了rt_object的基本构成。
• 基本了解到了其他内核对象，如rt_thread（线程控制块），rt_timer（定时器控制块），rt_list_t（双向链表）的RAM占用大小。
• 了解到rt_object的派生方式，增加其他对象的特殊属性，构成其他的对象，用链表链接起来，用于OS管理。