SYS/BIOS实例分析

SYS/BIOS简介

SYS/BIOS是一个可扩展的实时内核(或者说是操作系统),其提供了许多模块化的APIs(应用程序接口),支持抢占式多线程,硬件抽象,实时分析和配置工具,其设计目的是为了最大限度地减少对内存和CPU的要求。其拥有很多实时嵌入式操作系统的功能,如任务的调度,任务间的同步和通信,内存管理,实时时钟管理,中断服务管理等。有了它,用户可以编写复杂的多线程程序,并且会占用更少的CPU和内存资源。
SYS/BIOS的早期版本是DSP/BIOS,更名的原因,是因为SYS/BIOS不仅可以用于DSP,而且也可以嵌入到ARM等其他SoC中去。SYS/BIOS是一个可用于实时调度、同步,主机和目标机通信,以及实时分析系统上的一个可裁减实时内核,它提供了抢占式的多任务调度,对硬件的及时反应,实时分析和配置工具等。同时也提供标准的API接口,易于使用。它是TI的eXpressDSP实时软件技术的的一个关键部分。
CCS中集成安装了SYS/BIOS,能够大大方便用户编写多任务应用程序。另一方面,SYS/BIOS可以在XDCtools中使用配置技术,极大地方便了SYS/BIOS的开发流程。

创建一个SYS/BIOS项目

在项目模板中选择SYS/BIOS项目中的Hello Example模板,点击Next:

在RTSC(XDCtools的别称)配置页中选中需要的SYS/BIOS,XDCtools及其他组件的版本,Target保持默认,不需修改,如果Platform没有自动填充,选择与设备适用的平台。Build-profile决定程序链接的库,推荐使用release,即使仍然处于创建和调试阶段,点击Finish完成创建项目。

点击编译;导入target文件后,点击调试,运行得到结果:

 SYS/BIOS的模块与配置

SYS/BIOS可以用文本编辑器或者是图像配置编辑器XGCONF来编辑,双击打开.cfg文件:

单击System Overview,可以显示程序当前使用的主模块(带绿色小箭头的):

各种APIs模块的添加这里有两种方法,一种是直接双击主模板进入,然后勾选Add:

各个API模块的作用

CLK:片内定时器模块,主要控制片内定时器并提供高精度的32位实时逻辑时钟,它能控制中断的速度,使之最快达到单指令周期时间。
HST:主机输入/输出模块,管理主机通过对象,它允许应用程序在目标系统和主机之间交流数据,主机通道通过静态配置为输入或输出。
HWI:硬件中断模块,提供对硬件中断服务例程的支持,可在配置文件中指定当硬件中断发生时需要启动的函数
IDL:休眠功能模块,管理休眠函数在目标系统程序没有更高优先权的函数运行时启动
LOG:日志模块,管理LOG对象,LOG对象在目标系统程序执行时实时捕捉事件,开发者可以使用系统日志或定义自己的日志,并在CCS中利用它实时浏览信息。
MEM:存储器模块允许指定存放目标程序的代码和数据所需的存储器段
PIP:数据通道模块管理数据通道,它用来缓存输入和输出数据流,这此数据通道提供一致性的软件数据结构,可以使用它们驱动DSP和其他实时外围设备之间的I/O通道
PRD:周期函数模块,管理周期对象,它触发应用程序的周期性执行。
RTDX:实时数据交换允许数据在主机和目标系统之间实时交换,在主机上使用自动OLE的客户都可对数据进行实时显示和分析。
STS:统计模块,管理统计累积器,在程序运行时,它存储关键统计数据并能通过CCS浏览这此统计数据
SWI:软件中断模块管理软件中断。
TRC:跟踪模块,管理一套跟踪控制比特,它们通过事件日志和统计累积器控制程序信息的实时捕捉。

在项目中导入LOG模块

 LOG模块实际上是一个实现打印信息的API。

添加LOG模块,默认是自动添加的。

LOG模块定义了许多比如Log_error、Log_info、Log_warning、Log_print等之类函数,这些函数的用法同printf函数的用法很相似,这些函数都可以在<xdc/runtime/Log.h>找到,其实际上是将printf的有用法分成许多不同的类(如错误信息、提示信息、警告信息等),LOG模块打印的内容查看:

右下角会出现面板:

LOG中定义了许多如下的函数,比如Log_info1函数后面的数字代表函数接的变量数目,如:

Log_info1("%d",s1); Log_info2("%d, %d", s1, s2)

在项目中导入TSK任务模块

TSK任务模块是操作系统中最基本的模块,其实际上反映了多线程抢占,每个任务单独是一个线程,各个线程(任务)具有各自的优先级。

创建新任务,我们创建两个任务task0、task1,分别对应其函数func_tsk0、func_tsk1。其优先级都为1:

编写任务函数:

/* * ======== hello.c ======== * The hello example serves as a basic sanity check program for SYS/BIOS. It * demonstrates how to print the string "hello world" to stdout. */ #include <xdc/std.h> #include <xdc/runtime/System.h> #include <ti/sysbios/BIOS.h> #include <xdc/runtime/Log.h> #include <ti/sysbios/knl/Task.h> /* * ======== main ======== */ void fun_task0(void); void fun_task1(void); Void main() { System_printf("hello world\n"); BIOS_start(); } void fun_task0(void) { Int count = 0; while(count<10) { Log_info1("Task0 is doing %d\n",count); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); } void fun_task1(void) { Int count = 0; while(count<10) { Log_info1("Task1 is doing %d\n",count); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); }
说明:
这里我们在主函数中BIOS_start()函数,说明任务开始执行了
任务执行完后调用BIOS_exit(0)退出
Task_yield()是个优先级调度函数,其作用就是如果有相同优先级的任务,则调度到同优先级的其它任务执行!
Log_info1()的作用是打印日志信息
while和count循环的目标是让任务执行较长的时间,而不是只执行一次就退出了。
编译调试,运行查看结果(这里我们只需要选择单核运行就可以了)

我们可以看到两个任务是相互依次运行的,每个任务运行一次后,其优先级就会降低,此时就切换到下一个任务。

在项目中导入Swi软件中断模块

 不同任务有不同优先级,而软件中断具有比任何任务都高的优先级,而其中硬件中断(HWI)又比软件中断(SWI)优先级更高。

添加软件中断Swi:

代码:

/* * ======== hello.c ======== * The hello example serves as a basic sanity check program for SYS/BIOS. It * demonstrates how to print the string "hello world" to stdout. */ #include <xdc/std.h> #include <xdc/runtime/System.h> #include <ti/sysbios/BIOS.h> #include <xdc/runtime/Log.h> #include <ti/sysbios/knl/Task.h> #include <ti/sysbios/knl/Swi.h> /* * ======== main ======== */ void fun_task0(void); void fun_task1(void); void func_swi0(void); Swi_Handle swi0; //声明一个全局的SWI句柄 Void main() { System_printf("hello world\n"); //初始化SWI参数 Swi_Params swiParams; Swi_Params_init(&swiParams); swiParams.priority = 2; //软件中断优先级设置为2 swiParams.trigger = 2; //设置软件中断计数器 swi0 = Swi_create(func_swi0, &swiParams, NULL); //创建软件中断swi0,func_swi0为软件中断函数 BIOS_start(); } void func_swi0(void) { static Int count = 0; Log_info1("Swi0 is doing %d\n",count); count++; } /*更改软件中断计数器trigger,要触发软件中断,首先需要让trigger的计数为0, 这里我们可以在任务函数内增加一个trigger自减的函数,任务函数执行两次后,将会触发软件中断*/ void fun_task0(void) { Int count = 0; while(count<10) { Log_info1("Task0 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); } void fun_task1(void) { Int count = 0; while(count<10) { Log_info1("Task1 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); }

编译调试,运行查看结果(这里我们只需要选择单核运行就可以了):

可以看到两个任务的每次都会使得软件中断计数trigger减1(通过Swi_dec函数),直到trigger的值减少到0时,执行软件中断,中断后,trigger恢复到原来的值,这里的trigger初始值为2,所以执行两次任务后就会触发一次软件中断。

在项目中导入信号量Semaphore模块

信号量是在多线程环境下使用的一种设施,是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用,对于多个任务来说,使用信号量可以防止多个任务同时执行。
信号量可分互斥信号量和计数信号量,互斥信号量只有两种状态:1和0,为1时说明可用,否则不可用。而计数信号量通过设置一个计数值,如果计数值大于0,则任务请求该信号量时是可用。
这里例子是我们给task0任务中增加一个互斥信号量,当信号量状态为1时,task0才能继续执行。通过软件中断来达到信号量归1。
添加信号量:
 

代码:

/* * ======== hello.c ======== * The hello example serves as a basic sanity check program for SYS/BIOS. It * demonstrates how to print the string "hello world" to stdout. */ #include <xdc/std.h> #include <xdc/runtime/System.h> #include <ti/sysbios/BIOS.h> #include <xdc/runtime/Log.h> #include <ti/sysbios/knl/Task.h> #include <ti/sysbios/knl/Swi.h> #include <ti/sysbios/knl/Semaphore.h> /* * ======== main ======== */ void fun_task0(void); void fun_task1(void); void func_swi0(void); Swi_Handle swi0; Semaphore_Handle sem0; //添加全局的信号量句柄 Void main() { System_printf("hello world\n"); Swi_Params swiParams; Swi_Params_init(&swiParams); swiParams.priority = 2; swiParams.trigger = 2; swi0 = Swi_create(func_swi0, &swiParams, NULL); sem0 = Semaphore_create(0, NULL, NULL);//创建信号量 BIOS_start(); } void func_swi0(void) { static Int count = 0; Log_info1("Swi0 is doing %d\n",count); count++; //增加一个解锁信号量的函数 Semaphore_post(sem0); } void fun_task0(void) { Int count = 0; while(count<10) { Semaphore_pend(sem0, BIOS_WAIT_FOREVER);//在增加互斥信号量的任务函数中增加一个等待信号量为1的函数 Log_info1("Task0 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); } void fun_task1(void) { Int count = 0; while(count<10) { Log_info1("Task1 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } BIOS_exit(0); }

编译调试,运行查看结果(这里我们只需要选择单核运行就可以了):

可以看到只有当软件中断执行后,此时信号量才解锁,task0才能执行,而任务执行两次,才能触发一次软件中断。

在项目中导入时钟Clock模块

Clocks模块主要提供周期性执行函数,我们这里新建一个周期性执行函数,其每四个周期执行一次.

添加时钟:

代码:

/* * ======== hello.c ======== * The hello example serves as a basic sanity check program for SYS/BIOS. It * demonstrates how to print the string "hello world" to stdout. */ #include <xdc/std.h> #include <xdc/runtime/System.h> #include <ti/sysbios/BIOS.h> #include <xdc/runtime/Log.h> #include <ti/sysbios/knl/Task.h> #include <ti/sysbios/knl/Swi.h> #include <ti/sysbios/knl/Semaphore.h> #include <ti/sysbios/knl/Clock.h> /* * ======== main ======== */ void fun_task0(void); void fun_task1(void); void func_swi0(void); void func_clk(UArg arg0); Swi_Handle swi0; Semaphore_Handle sem0; Void main() { System_printf("hello world\n"); Swi_Params swiParams; Swi_Params_init(&swiParams); swiParams.priority = 2; swiParams.trigger = 2; swi0 = Swi_create(func_swi0, &swiParams, NULL); Clock_Params clkParams; Clock_Params_init(&clkParams); clkParams.period = 5; // 函数执行周期 clkParams.startFlag = TRUE; // True说明时钟立即开始计时 Clock_create(func_clk, 5, &clkParams, NULL); //创建时钟,func_clk是周期执行的函数,这里5是开始执行的延时。 sem0 = Semaphore_create(0, NULL, NULL); BIOS_start(); } void func_swi0(void) { static Int count = 0; Log_info1("Swi0 is doing %d\n",count); count++; Semaphore_post(sem0); } void func_clk(UArg arg0) { UInt32 time; time = Clock_getTicks(); // 这里是定时器的节拍器 System_printf("System time in clk0Fxn = %lu\n", (ULong)time); if(time>20) BIOS_exit(0); } /* 因为任务的执行时间非常快,所以需要先把任务内的退出BIOS命令先删除下,否则当任务完成后,时钟函数还没执行 */ void fun_task0(void) { Int count = 0; while(1) { Semaphore_pend(sem0, BIOS_WAIT_FOREVER); Log_info1("Task0 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } } void fun_task1(void) { Int count = 0; while(1) { Log_info1("Task1 is doing %d\n",count); Swi_dec(swi0); Task_yield(); count++; } }

编译调试,运行查看结果(这里我们只需要选择单核运行就可以了):

可以看到只有当周期函数func_clk每隔5个周期开始执行,开始执行时间为5。 


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本文作者刘皇叔
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