今天你要来点 protoThread么？

底软

模型

今天穿插一篇底软文章，“【硬件篇】VCU软件接口原理”尚未更新完，预计会在10篇以上，大家可以继续保持关注。本文介绍一种事件驱动模型“protothreads”，由瑞典SICS的Adam Dunkels开发，也是Contiki OS中的源代码，此模型适合应用于资源受限的嵌入式系统中，当然我也曾用于某项目的开发中，受益匪浅，独乐乐不如众乐乐，今天分享给大家，所讲细节不一定面面俱到，不足之处还请指教。

protothreads简介

任务栈：

protothreads是一种轻量级的线程模型，基于此模型可以实现类似于windows 中线程的编程风格，编程思路也倾向去线程。在OS中，每个线程都有独立的任务栈，然而protothreads的每个线程共享同一个任务栈，从而减少 RAM的 占用。

上下文切换：

在protothreads编程模型中，任务的本质是函数，函数与函数之间是协同工作关系，因而也叫“协程(coroutine)”；上下文的切换也有所不同，在OS中，上下文切换由OS来管理，但在 protothreads模型中，则是通过 yield 方式来保存现场和转移运行权。

任务阻塞：

protothreads 虽然提供了在各自线程内的条件阻塞机制，但对于在该线程内调用的其它函数，则无法阻塞其运行。所以，如果要在线程内调用占用时间较多的函数，为保证各个线程的实时性要求，需要将这类函数进一步划分为更小的函数，分步执行。protothreads 的阻塞实质就是函数返回，且仅能在程序员指定的位置阻塞。

代码分析

protothreads 包含5个头文件，是的，你没有看错，是头文件，意思就是没有任何C文件，整个模型是通过宏实现的，下表简单描述了这5个头文件的主要内容。

主要API被包含在pt.h中，下面介绍一些常用的API：

• 协程初始化

代码：#define PT_INIT(pt) LC_INIT((pt)->lc)

解释：初始化一个协程，其实就是初始化状态变量(pt)->lc，类似于MBD模型开发中的各个StateFlow状态；

• 协程入口

代码：

#define PT_BEGIN(pt) \

{ char PT_YIELD_FLAG = 1; LC_RESUME((pt)->lc)

解释：协程的入口，PT_YIELD_FLAG =1，表示不出让运行权，PT_YIELD_FLAG =0表示出让运行权，LC_RESUME就是跳转到上一次出让运行权的位置继续运行，本质就是switch 跳转到相应的case。

• 协程的退出口

代码：

#define PT_END(pt) \

LC_END((pt)->lc); PT_YIELD_FLAG = 0; \

PT_INIT(pt); return PT_ENDED; }

解释：协程的退出口，到此就算一个协程的结束，内容就是清除标志和上下文状态。

• 协程条件阻塞1

代码：

#define PT_WAIT_UNTIL(pt, condition) \

do { \

LC_SET((pt)->lc); \

if(!(condition)) { \

return PT_WAITING; \

} \

} while(0)

解释：协程条件阻塞，阻塞的本质是出让CPU运行权，首先记录下当前的状态（LC_SET((pt)->lc)），以便下一次恢复，保存现场后再判断条件，如果condition为真，则继续往下运行，如果condition为假，直接return返回函数状态PT_WAITING，出让运行权，保持阻塞状态。所以根据字面上的意思可以这样理解：直到condition条件成立才往下执行，否则继续等待。

• 协程条件阻塞2

代码：

#define PT_WAIT_WHILE(pt,condition) \

PT_WAIT_UNTIL((pt), !(condition))

解释：类似PT_WAIT_UNTIL，只是condition的条件取反而已。根据字面上的意思可以这样理解：当condition条件成立时继续等待，否则往下执行。

• 协程退出

代码：

#define PT_EXIT(pt) \

do { \

PT_INIT(pt); \

return PT_EXITED; \

} while(0)

解释：任务后面的代码不执行，初始化状态变量，然后直接退出重新执行。

• 协程无条件出让运行权

代码：

#define PT_YIELD(pt) \

do { \

PT_YIELD_FLAG = 0; \

LC_SET((pt)->lc); \

if(PT_YIELD_FLAG == 0) { \

return PT_YIELDED; \

} \

} while(0)

解释：协程运行权无条件出让1次，出让前，先记录下当前的状态（LC_SET((pt)->lc)），以便下一次恢复，保存现场后，立即出让运行权，本质就是函数return。

• 协程有条件出让运行权

代码：

#define PT_YIELD_UNTIL(pt,condition) \

do { \

PT_YIELD_FLAG = 0; \

LC_SET((pt)->lc); \

if((PT_YIELD_FLAG == 0) || !(condition)) { \

return PT_YIELDED; \

} \

} while(0)

解释：比PT_YIELD(pt)多了一个条件， 协程运行权首先无条件出让1次，这是通过PT_YIELD_FLAG来实现的，第2次运行时，再判断条件condition，如果条件为真，往下执行，如果条件为假，则立即出让运行权继续阻塞。

实例

上面介绍了常用API，下面我们看一个实例：

上面的代码就不多解释了，注释已经写得够详细了吧，唯一需要解释的是这个宏“PT_WAIT_MS”，这是我通过PT_WAIT_UNITLL扩展出来的API，并结合系统Tick实现了延时功能，如果大家使用得比较熟悉之后，也可以利用基础的API去扩展自己的功能API。

大家不难发现，相对于使用状态机去实现以上同样的功能，使用protothreads能够节省很多行代码，而且易阅读，编程思路和效率也得到提高。