精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)實驗題目：實驗15—基于IPv6模塊的進程間交互的實驗實驗時間：2016.1.4實驗目的：了解Cygwin開發(fā)環(huán)境及Contiki系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容。了解Contiki系統(tǒng)進程間交互的理論掌握IPv6模塊的編程及下載使用方法。實驗原理及程序分析：1、Contiki中事件驅(qū)動和protothread機制Contiki的兩個主要機制：事件驅(qū)動和protothread機制，前者是為了降低功耗，后者是為了節(jié)省內(nèi)存。事件驅(qū)動嵌入式系統(tǒng)常常被設計成響應周圍環(huán)境的變化，而這些變化可以看成一個個事件。事件來了，操作系統(tǒng)處理之，沒有事件到來，就跑去休眠了(降低功耗)，這就是所謂的事件驅(qū)動，類似于中斷。事件結(jié)構(gòu)體事件也是Contiki重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其定義如下：structevent_data{process_event_tev;process_data_tdata;structprocess*p;};typedefunsignedcharprocess_event_t;typedefvoid*process_data_t;各成員變量含義如下：ev-----標識所產(chǎn)生事件data---保存事件產(chǎn)生時獲得的相關(guān)信息，即事件產(chǎn)生后可以給進程傳遞的數(shù)據(jù)p------指向監(jiān)聽該事件的進程事件分類事件可以被分為三類：時鐘事件(timerevents)、外部事件、內(nèi)部事件。那么，Contiki核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就只有進程和事件了，把etimer理解成一種特殊的事件。事件隊列Contiki用環(huán)形隊列組織所有事件(用數(shù)組存儲)，如下：staticstructevent_dataevents[PROCESS_CONF_NUMEVENTS];圖示事件隊列如下：系統(tǒng)定義的事件系統(tǒng)定義了10個事件，源碼和注釋如下：#ifndefPROCESS_CONF_NUMEVENTS#definePROCESS_CONF_NUMEVENTS32#endif#definePROCESS_EVENT_NONE0x80//函數(shù)dhcpc_request調(diào)用handle_dhcp(PROCESS_EVENT_NONE,NULL)#definePROCESS_EVENT_INIT0x81//啟動一個進程process_start，通過傳遞該事件#definePROCESS_EVENT_POLL0x82//在PROCESS_THREAD(etimer_process,ev,data)使用到#definePROCESS_EVENT_EXIT0x83//進程退出，傳遞該事件給進程主體函數(shù)thread#definePROCESS_EVENT_SERVICE_REMOVED0x84#definePROCESS_EVENT_CONTINUE0x85//PROCESS_PAUSE宏用到這個事件#definePROCESS_EVENT_MSG0x86#definePROCESS_EVENT_EXITED0x87//進程退出，傳遞該事件給其他進程#definePROCESS_EVENT_TIMER0x88//etimer到期時，傳遞該事件#definePROCESS_EVENT_COM0x89#definePROCESS_EVENT_MAX0x8a/*進程初始化時，讓lastevent=PROCESS_EVENT_MAX，即新產(chǎn)生的事件從0x8b開始，函數(shù)process_alloc_event用于分配一個新的事件*/注：PROCESS_EVENT_EXIT與PROCESS_EVENT_EXITED區(qū)別事件PROCESS_EVENT_EXIT用于傳遞給進程的主體函數(shù)thread，如在exit_process函數(shù)中的p->thread(&p->pt,PROCESS_EVENT_EXIT,NULL)。而PROCESS_EVENT_EXITED用于傳遞給進程，如call_process(q,PROCESS_EVENT_EXITED,(process_data_t)p)。(助記：EXITED是完成式，發(fā)給進程，讓整個進程結(jié)束。而g一般式EXIT，發(fā)給進程主體thread，只是使其退出thread)一個特殊事件如果事件結(jié)構(gòu)體event_data的成員變量p指向PROCESS_BROADCAST，則該事件是一個廣播事件。在do_event函數(shù)中，若事件的p指向的是PROCESS_BROADCAST，則讓進程鏈表process_list所有進程投入運行。部分源碼如下：#definePROCESS_BROADCASTNULL//廣播進程/*保存待處理事件的成員變量*/ev=events[fevent].ev;data=events[fevent].data;receiver=events[fevent].p;if(receiver==PROCESS_BROADCAST){for(p=process_list;p!=NULL;p=p->next){if(poll_requested){do_poll();}call_process(p,ev,data);}}protothread機制概述protothread是contiki的進程控制模型，是contiki關(guān)于進程的精華知識。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)使用棧保存進程上下文，每個進程需要一個棧，這對于內(nèi)存極度受限的傳感器設備將難以忍受。protothread機制恰解決了這個問題，通過保存進程被阻塞處的行數(shù)(進程結(jié)構(gòu)體的一個變量，unsigedshort類型，只需兩個字節(jié))，從而實現(xiàn)進程切換，當該進程下一次被調(diào)度時，通過switch(__LINE__)跳轉(zhuǎn)到剛才保存的點，恢復執(zhí)行。整個Contiki只用一個棧，當進程切換時清空，大大節(jié)省內(nèi)存。特點protothread(-Lightweight,StacklessThreadsinC)最大特點就是輕量級，每個protothread不需要自己的堆棧，所有的protothread使用同一個堆棧，而保存程序斷點用兩個字節(jié)保存被中斷的行數(shù)即可。具體特點如下：VerysmallRAMoverhead-onlytwobytesperprotothreadandnoextrastacksHighlyportable-theprotothreadslibraryis100%pureCandnoarchitecturespecificassemblycodeCanbeusedwithorwithoutanOSProvidesblockingwaitwithoutfullmulti-threadingorstack-switchingFreelyavailableunderaBSD-likeopensourcelicenseprotothread機制很早就有了，ContikiOS只要運用這種機制，protothread機制還可以用于以下情形：MemoryconstrainedsystemsEvent-drivenprotocolstacksSmallembeddedsystemsSensornetworknodesPortableCapplications編程提示謹慎使用局部變量。當進程切換時，因protothread沒有保存堆棧上下文(只使用兩個字節(jié)保存被中斷的行號)，故局部變量得不到保存。這就要求使用局部變量要特別小心，一個好的解決方法，使用局部靜態(tài)變量(加static修飾符),如此，該變量在整個生命周期都存在。調(diào)度Aprotothreadisdrivenbyrepeatedcallstothefunctioninwhichtheprotothreadisrunning.Eachtimethefunctioniscalled,theprotothreadwillrununtilitblocksorexits.Ttothread模型之代碼分析當?shù)谝淮螆?zhí)行這個函數(shù)時，便會執(zhí)行PT_YIELD_FLAG=1。因為(process_pt)->lc被初始化為0，所以就直接輸出helloworld。當進入到while循環(huán)時：while(1){/*Waitforanevent.*///PROCESS_WAIT_EVENT();do{PT_YIELD_FLAG=0;(process_pt)->lc=__LINE__;case__LINE__:;if(PT_YIELD_FLAG==0){return1;}}while(0);/*Gotthetimer'sevent~*/}當這個process收到一個事件再次被執(zhí)行的時候，首先會進行初始化，讓PT_YIELD_FLAG=1，接著進入switch語句，因為(process_pt)->lc已經(jīng)被保存，所以這次process直接跳到了上次的執(zhí)行結(jié)束的地方重新開始執(zhí)行了，因為PT_YIELD_FLAG已經(jīng)是1了，所以就不會return了。就會繼續(xù)執(zhí)行上次執(zhí)行的代碼。所以(process_pt)->lc相當于保持了現(xiàn)場，下次函數(shù)再運行的時候就可以通過switch語句迅速找到執(zhí)行代碼語句的入口，恢復現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，接著while循環(huán)，return后，再等待事件，一直循環(huán)。2、Contiki中進程概念進程結(jié)構(gòu)體進程結(jié)構(gòu)體源碼如下：structprocess{structprocess*next;//指向下一個進程/******進程名稱***********/#ifPROCESS_CONF_NO_PROCESS_NAMES#definePROCESS_NAME_STRING(process)""#elseconstchar*name;#definePROCESS_NAME_STRING(process)(process)->name#endifPT_THREAD((*thread)(structpt*,process_event_t,process_data_t));//structptpt;//unsignedcharstate;//unsignedcharneedspoll;//};進程名稱運用C語言預編譯指令，可以配置進程名稱，宏P(guān)ROCESS_NAME_STRING(process)用于返回進程process名稱，若系統(tǒng)無配置進程名稱，則返回空字符串。在以后討論中，均假設配有進程名稱。PT_THREAD宏P(guān)T_THREAD宏定義如下：#definePT_THREAD(name_args)charname_args故“PT_THREAD((*thread)(structpt*,process_event_t,process_Data_t));”語句展開如下：char(*thread)(structpt*,process_event_t,process_data_t);聲明一個函數(shù)指針thread，指向的是一個含有3個參數(shù)，返回值為char類型的函數(shù)。這是進程的主體，當進程執(zhí)行時，主要是執(zhí)行這個函數(shù)的內(nèi)容。另，聲明一個進程包含在宏P(guān)ROCESS(name,strname)里，通過宏AUTOSTART_PROCESSES(...)將進程加入自啟動數(shù)組中。Ptpt結(jié)構(gòu)體一步步展開如下：structpt{lc_tlc;};typedefunsignedshortlc_t;如此，可以把structptpt直接理解成unsignedshortlc，以后如無特殊說明，pt就直接理解成lc。lc(localcontinuations)用于保存程序被中斷的行數(shù)(只需兩個字節(jié)，這恰是protothread輕量級的集中體現(xiàn))，被中斷的地方，保存行數(shù)(s=__LINE__)接著是語句case__LINE__。當該進程再次被調(diào)度時，從PROCESS_BEGIN()開始執(zhí)行，而該宏展開含有這條語句switch(process_pt->pt)，從而跳到上一次被中斷的地方(即case__LINE__)，繼續(xù)執(zhí)行。進程狀態(tài)進程共3個狀態(tài)，宏定義如下：#definePROCESS_STATE_NONE0/*類似于Linux系統(tǒng)的僵尸狀態(tài)，進程已退出，只是還沒從進程鏈表刪除*/#definePROCESS_STATE_RUNNING1/*進程正在執(zhí)行*/#definePROCESS_STATE_CALLED2/*實際上是返回，并保存lc值*/Needspoll簡而言之，needspoll為1的進程有更高的優(yōu)先級。具體表現(xiàn)為，當系統(tǒng)調(diào)用process_run()函數(shù)時，把所有needspoll標志為1的進程投入運行，而后才從事件隊列取出下一個事件傳遞給相應的監(jiān)聽進程。與needspoll相關(guān)的另一個變量poll_requested，用于標識系統(tǒng)是否存在高優(yōu)先級進程，即標記系統(tǒng)是否有進程的needspoll為1。staticvolatileunsignedcharpoll_requested;進程鏈表基于上述分析，將代碼展開或簡化，得到如下進程鏈表process_list：創(chuàng)建進程及啟動進程創(chuàng)建進程主要由PROCESS宏(聲明進程)和PROCESS_THREAD宏(定義進程執(zhí)行主體)完成，詳情前一章helloword分析，啟動進程由process_start函數(shù)完成，總是把進程加入到進程鏈表的頭部。3、進程、事件、etimer三者關(guān)系進程process、事件event_data、etimer都是Contiki的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，理清這三者關(guān)系，將有助于對系統(tǒng)的理解。事件與etimer關(guān)系事件即可以分為同步事件、異步事件，也可以分為定時器事件、內(nèi)部事件、外部事件。而etimer屬于定時器事件的一種，可以理解成Contiki系統(tǒng)把etimer單列出來，方便管理(由etimer_process系統(tǒng)進程管理)。當etimer_process執(zhí)行時，會遍歷etimer鏈表，檢查etimer是否有到期的，凡有timer到期就把事件PROCESS_EVENT_TIMER加入到事件隊列中，并將該etimer成員變量p指PROCESS_NONE。在這里，PROCESS_NONE用于標識該etimer是否到期，函數(shù)etimer_expired會根據(jù)etimer的p是否指向PROCESS_NONE來判斷該etimer是否到期。進程與etimer關(guān)系etimer與process還不是一一對應的關(guān)系，一個etimer必定綁定一個process，但process不一定非得綁定etimer。etimer只是一種特殊事件罷了。進程與事件關(guān)系當有事件傳遞給進程時，就新建一個事件加入事件隊列，并綁定該進程，所以一個進程可以對應于多個事件(即事件隊列有多個事件跟同一個進程綁定)，而一個事件可以廣播給所有進程，即該事件成員變量p指向空。當調(diào)用do_event函數(shù)時，將進程鏈表所有進程投入運行。4、源碼分析源碼//filename:process-interact.c進程間交互#include"contiki.h"#include<stdio.h>/*Forprintf()*/staticprocess_event_tevent_data_ready;/*聲明兩個進程*/PROCESS(print_hello_process,"Hello");PROCESS(print_world_process,"world");AUTOSTART_PROCESSES(&print_hello_process,&print_world_process);//讓該兩進程自啟動/*定義進程print_hello_process*/PROCESS_THREAD(print_hello_process,ev,data){PROCESS_BEGIN();staticstructetimertimer;etimer_set(&timer,CLOCK_CONF_SECOND/10);//#defineCLOCK_CONF_SECOND10將timer的interval設為1printf("***printhelloprocessstart***\n");event_data_ready=process_alloc_event();//returnlastevent++;新建一個事件，事實上是用一組unsignedchar值來標識不同事件while(1){PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==PROCESS_EVENT_TIMER);//即etimer到期繼續(xù)執(zhí)行下面內(nèi)容printf("Hello\n");process_post(&print_world_process,event_data_ready,NULL);//傳遞異步事件給print_world_process，直到內(nèi)核調(diào)度該進程才處理該事件。etimer_reset(&timer);//重置定時器}PROCESS_END();}/*定義進程print_world_process*/PROCESS_THREAD(print_world_process,ev,data){PROCESS_BEGIN();printf("***printworldprocessstart***\n");while(1){PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==event_data_ready);printf("world\n");}PROCESS_END();}進程print_hello_process一直執(zhí)行到PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==PROCESS_EVENT_TIMER)，此時etimer還沒到期，進程被掛起。轉(zhuǎn)去執(zhí)行print_world_process，待執(zhí)行到PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==event_data_ready)被掛起(因為print_hello_process還沒post事件)。而后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行系統(tǒng)進程etimer_process，若檢測到etimer到期，則繼續(xù)執(zhí)行print_hello_process，打印Hello，并傳遞事件event_data_ready給print_world_process，初始化timer，待執(zhí)行到PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(while死循環(huán))，再次被掛起。轉(zhuǎn)去執(zhí)行print_world_process，打印world，待執(zhí)行到PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==event_data_ready)又被掛起。再次執(zhí)行系統(tǒng)進程etimer_process，如此反復執(zhí)行。1、etimer_set函數(shù)//etimer_set(&timer,CLOCK_CONF_SECOND/10);voidetimer_set(structetimer*et,clock_time_tinterval){timer_set(&et->timer,interval);//設置定時器timer，add_timer(et);//將這個etimer加入timerlist}timer_set函數(shù)：//用當前時間初始化start，并設置間隔intervalvoidtimer_set(structtimer*t,clock_time_tinterval){t->interval=interval;t->start=clock_time();//returncurrent_clock;}clock_time_tclock_time(void){returncurrent_clock;}staticvolatileclock_time_tcurrent_clock=0;typedefunsignedintclock_time_t;add_timer函數(shù)：/*將etimer加入timerlist，并update_time(),即求出下一個到期時間next_expiration*/staticvoidadd_timer(structetimer*timer){structetimer*t;etimer_request_poll();//事實上執(zhí)行process_poll(&etimer_process)，即將進程的needspoll設為1，使其獲得更高優(yōu)先級，詳情見下方/*參數(shù)驗證，確保該etimer不是已處理過的*/if(timer->p!=PROCESS_NONE)//如果是PROCESS_NONE，則表示之前處理過，該etimer已到期(注1){for(t=timerlist;t!=NULL;t=t->next){if(t==timer)/*Timeralreadyonlist,bailout.*/{update_time();//即求出下一個到期時間next_expiration(全局靜態(tài)變量)，即還有next_expiration時間，就有timer到期return;}}}/*將timer加入timerlist*/timer->p=PROCESS_CURRENT();timer->next=timerlist;timerlist=timer;update_time();//即求出下一個到期時間next_expiration(全局靜態(tài)變量)，即還有next_expiration時間，就有timer到期}函數(shù)etimer_request_poll直接調(diào)用process_poll，一步步展開如下：voidetimer_request_poll(void){process_poll(&etimer_process);}voidprocess_poll(structprocess*p){if(p!=NULL){if(p->state==PROCESS_STATE_RUNNING||p->state==PROCESS_STATE_CALLED){p->needspoll=1;poll_requested=1;//全局靜態(tài)變量，標識是否有進程的needspoll為1}}}2、PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL宏//PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(ev==PROCESS_EVENT_TIMER);/*宏P(guān)ROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL，直到條件c為真時，進程才得以繼續(xù)向前推進*/#definePROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(c)PROCESS_YIELD_UNTIL(c)#definePROCESS_YIELD_UNTIL(c)PT_YIELD_UNTIL(process_pt,c)//Yieldthecurrentlyrunningprocessuntilaconditionoccurs#definePT_YIELD_UNTIL(pt,cond)\do\{\PT_YIELD_FLAG=0;\LC_SET((pt)->lc);\//注：保存斷點，下次從這里開始執(zhí)行！??！if((PT_YIELD_FLAG==0)||!(cond)){\returnPT_YIELDED;\}\}while(0)#defineLC_SET(s)s=__LINE__;case__LINE__://保存行數(shù)，即lc被設置成該LC_SET所在的行從源代碼可以看出，第一次執(zhí)行PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL總是被掛起(因為PT_YIELD_FLAG==0為真，會直接執(zhí)行returnPT_YIELDED)。該進程下一次被調(diào)試的時候，總是從PROCESS_BEGIN()開始，而PROCESS_BEGIN宏包含兩條語句：其一，將PT_YIELD_FLAG置1；再者，switch(pt->lc)，從而跳轉(zhuǎn)到case__LINE__(見上述源碼的注)。接著判斷if條件，此時PT_YIELD_FLAG=1，若條件為真，則不執(zhí)行return，繼續(xù)后續(xù)的內(nèi)容，從而進程接著執(zhí)行。3、process_post函數(shù)源碼如下：//process_post(&print_world_process,event_data_ready,NULL);即把事件event_data_ready加入事件隊列intprocess_post(structprocess*p,process_event_tev,process_data_tdata){staticprocess_num_events_tsnum;if(nevents==PROCESS_CONF_NUMEVENTS){returnPROCESS_ERR_FULL;}snum=(process_num_events_t)(fevent+nevents)%PROCESS_CONF_NUMEVENTS;events[snum].ev=ev;events[snum].data=data;events[snum].p=p;++nevents;#ifPROCESS_CONF_STATSif(nevents>process_maxevents){process_maxevents=nevents;}#endifreturnPROCESS_ERR_OK;}4、etimer_reset函數(shù)/*Resetthetimerwiththesameinterval.*/voidetimer_reset(structetimer*et){timer_reset(&et->timer);add_timer(et);//詳情見前面}voidtimer_reset(structtimer*t){t->start+=t->interval;/}實驗步驟及結(jié)果：/r