rtthread之工作队列

中断处理分为上半部和下半部
       一般来说中断处理的上半部和下半部都是不允许出现睡眠和阻塞的。但是对于下半部，并不是一刀切，下半部的实现方式有软中断和tasklet（不允许睡眠和阻塞）以及工作队列（允许睡眠和阻塞）。
       上半部：一般中断的中断处理函数为上半部，要求做耗时少的动作，尽量迅速，一定不能休眠和阻塞。
       下半部：由于上半部只能执行耗时少的操作，所以耗时长的操作就放在下半部，两个的界限并不是很明显，取决于我们要将哪个操作放在上半部还是下半部。

下面讨论一下工作队列的原理及实现
       实现原理：工作队列（workqueue）是一种将工作推后执行的形式，工作队列可以把工作推后，交由一个内核线程去执行，也就是说，这个下半部分可以在进程上下文中执行。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。工作队列的本质是创建一个一个普通的内核线程，我们称为工作者线程。
       以下是几个工作队列抽象出来的数据结构
       1：struct rt_workqueue表示一个工作队列对象（包含一个工作者线程）。
       2：struct rt_work为工作队列上的任务。当我们将一个任务加入一个工作队列时候，会将该任务挂接到struct rt_workqueue的任务链表上，当工作线程未就绪的时候，这个工作者线程就会唤醒，去遍历这个链表上的所有任务，执行完后，将该任务从链表上拿走，工作者线程继续休眠。
       3：双向链表操作原理请查看文章（数据结构-------双向链表），内存申请释放请查看文章（rtthread之小内存算法）。

数据结构定义

//内存申请，实现及原理请参考rtthread之小内存算法
#ifndef RT_KERNEL_MALLOC
#define RT_KERNEL_MALLOC(sz)            rt_malloc(sz)
#endif
//内存释放
#ifndef RT_KERNEL_FREE
#define RT_KERNEL_FREE(ptr)             rt_free(ptr)
#endif//工作队列对象，包含工作者线程
struct rt_workqueue
{rt_list_t   work_list;rt_thread_t work_thread;
};//任务对象，包含工作任务及数据
struct rt_work
{rt_list_t list;void (*work_func)(struct rt_work* work, void* work_data);void *work_data;
};

原理实现

1.工作者线程

//工作者线程，处理挂接到该工作队列上的任务或者工作
static void _workqueue_thread_entry(void* parameter)
{struct rt_work* work;struct rt_workqueue* queue;uint32_t level = 0;uint8_t workqueue_empty = 0;queue = (struct rt_workqueue*) parameter;RT_ASSERT(queue != RT_NULL);while (1){level = rt_hw_interrupt_disable();//判断工作队列上是否有任务，没有则挂起工作者线程workqueue_empty = rt_list_isempty(&(queue->work_list));rt_hw_interrupt_enable(level);if (workqueue_empty){//没有任务，则挂起工作者线程rt_thread_suspend(rt_thread_self());rt_schedule();}level = rt_hw_interrupt_disable();//有任务，则获取对应任务的信息work = rt_list_entry(queue->work_list.next, struct rt_work, list);//从工作队列任务表中删除当前任务rt_list_remove(&(work->list));rt_hw_interrupt_enable(level);//执行任务work->work_func(work, work->work_data);}
}

2.工作队列初始化及创建工作者线程

//创建及初始化工作队列对象，创建工作者线程，返回工作队列对象
struct rt_workqueue *rt_workqueue_create(const char* name, rt_uint16_t stack_size, rt_uint8_t priority)
{struct rt_workqueue *queue = RT_NULL;//申请一个工作队列对象句柄queue = (struct rt_workqueue*)RT_KERNEL_MALLOC(sizeof(struct rt_workqueue));if (queue != RT_NULL){//初始化工作队列任务链表，指向自己rt_list_init(&(queue->work_list));//创建工作者处理线程queue->work_thread = rt_thread_create(name, _workqueue_thread_entry, queue, stack_size, priority, 10);if (queue->work_thread == RT_NULL){RT_KERNEL_FREE(queue);return RT_NULL;}//开启工作者线程rt_thread_startup(queue->work_thread);}return queue;
}

3.向工作队列添加任务

//将任务加入到工作队列中
rt_err_t rt_workqueue_dowork(struct rt_workqueue* queue, struct rt_work* work)
{uint32_t level = 0;RT_ASSERT(queue != RT_NULL);RT_ASSERT(work != RT_NULL);level = rt_hw_interrupt_disable();//将任务加入到工作队列任务链表中rt_list_remove(&(work->list));rt_list_insert_after(queue->work_list.prev, &(work->list));//如果当前工作者线程处于挂起态，则唤醒该工作者线程if (queue->work_thread->stat != RT_THREAD_READY){rt_hw_interrupt_enable(level);rt_thread_resume(queue->work_thread);rt_schedule();}else rt_hw_interrupt_enable(level);return RT_EOK;
}

4.删除工作队列

//删除工作队列
rt_err_t rt_workqueue_destroy(struct rt_workqueue* queue)
{RT_ASSERT(queue != RT_NULL);//删除工作者线程rt_thread_delete(queue->work_thread);//释放工作队列对象空间RT_KERNEL_FREE(queue);return RT_EOK;
}

5.将任务从工作队列中删除

//将任务从工作队列中删除
rt_err_t rt_workqueue_cancel_work(struct rt_workqueue* queue, struct rt_work* work)
{uint32_t level = 0;RT_ASSERT(queue != RT_NULL);RT_ASSERT(work != RT_NULL);level = rt_hw_interrupt_disable();//从工作队列中移除任务rt_list_remove(&(work->list));rt_hw_interrupt_enable(level);return RT_EOK;
}

应用：

在使用spi flash模拟u盘开发过程中，由于spi flash读写速度操作比较慢耗时，且在flash操作中封装了互斥操作，对于操作系统不能在中断中使用互斥量等操作，需要使用中断下半部的思想，将读取操作添加到工作队列中，从而实现模拟u盘的操作。

修改步骤：

1.创建工作队列

struct rt_workqueue *usb_irq_workqueue = NULL;
void USB_CDC_VCP_Thread(void* parameter)
{.......if(usb_irq_workqueue == NULL){usb_irq_workqueue = rt_workqueue_create("usb_workqueue", 4096, 1);rt_kprintf("[USB] usb irq workqueque creat %s\r\n",(usb_irq_workqueue != NULL)?"ok":"failed");}.......
}

2.修改usb中断操作,将任务添加到工作队列

struct usb_work_data
{USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev;uint8_t epnum;
};//修改Usb输入端点处理任务函数
void usb_msc_data_in(struct rt_work* work, void* work_data)
{struct usb_work_data *usb_data = NULL;usb_data = (struct usb_work_data *)work_data;USBD_DCD_INT_fops->DataInStage(usb_data->pdev , usb_data->epnum);
}
//修改Usb输出端点处理任务函数
void usb_msc_data_out(struct rt_work* work, void* work_data)
{struct usb_work_data *usb_data = NULL;usb_data = (struct usb_work_data *)work_data;USBD_DCD_INT_fops->DataOutStage(usb_data->pdev , usb_data->epnum);
}extern struct rt_workqueue *usb_irq_workqueue;
static struct usb_work_data usb_data;
static struct rt_work usb_msc_work;
static uint32_t DCD_HandleInEP_ISR(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev)
{......if(doepint.b.xfercompl){......if(usb_irq_workqueue != NULL){//将任务参数及任务函数加入到工作队列中usb_data.pdev = pdev;usb_data.epnum = epnum;usb_msc_work.work_data = (void*)&usb_data;usb_msc_work.work_func = usb_msc_data_in;rt_workqueue_dowork(usb_irq_workqueue,&usb_msc_work);}......}......
}static uint32_t DCD_HandleOutEP_ISR(USB_OTG_CORE_HANDLE *pdev)
{......if(doepint.b.xfercompl){......if(usb_irq_workqueue != NULL){//将任务参数及任务函数加入到工作队列中usb_data.pdev = pdev;usb_data.epnum = epnum;usb_msc_work.work_data = (void*)&usb_data;usb_msc_work.work_func = usb_msc_data_out;rt_workqueue_dowork(usb_irq_workqueue,&usb_msc_work);}......}......
}

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