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PX4模块设计之十三：WorkQueue设计
1. WorkQueue启动
2. WorkQueue接口
2.1 基本接口
2.2 辅助接口
2.3 WorkQueue任务函数
2.3.1 Flat Build
2.3.2 Protected Build
2.4 重点接口分析
2.4.1 WorkQueueManagerStart
2.4.2 WorkQueueManagerRun
2.4.3 WorkQueueRunner
2.4.4 WorkQueue::Run
2.4.5 WorkQueueFindOrCreate
3. 总结
4. 参考资料
1. WorkQueue启动
WorkQueue是PX4
飞控软件的Common(公共)组件，通过函数
px4::WorkQueueManagerStart开始启动的，这之前请参考
PX4模块设计之十：PX4启动过程。
board_app_initialize └──> px4_platform_init └──> px4::WorkQueueManagerStart
注1：Nuttx系统是支持
WorkQueue的。但是PX4在common(公共)组件层实现了类似的WorkQueue的功能，而没有直接采用Nuttx系统的WorkQueue。这里初步怀疑还是历史时间上导致的这个结果。
注2：Nuttx第一版本是在2007年发布，开始支持2-3个MCU((i.e. 8051 and ARM7)；PX4-AutoPilot是2009年开始的项目，2013年ETH Zurich (苏黎世联邦理工大学)的计算机视觉与几何实验室 Lorenz Meier ，发布了第一代实验版本： 双飞控处理器PX4FMU/PX4IO硬件。
所以综上所述，鉴于以下原因
1）其历史原因，PX4-AutoPilot的公共组件WorkQueue独立实现；
2）飞控模式采用C++类继承进行开发和管理；
3）uORB消息组件采用C++类进行管理；
4）HRT高精度定时采集触发管理；
WorkQueue的整体管理上结合了上述历史原因，将C/C++设计，类，继承，以及内核态/用户态。整体感觉异常复杂，这部分内容实在不太敢恭维！！！(—AnyWay, 历史原因吧!!!—)
2. WorkQueue接口
2.1 基本接口
最为基本的WorkQueue管理接口并不负责，主要就是Start/Stop/Status三个。
int WorkQueueManagerStart() //WorkQueue管理启动任务int WorkQueueManagerStop() //作为基础组件这个基本不需要Stop，至少目前代码上没有看到有Stop的地方。int WorkQueueManagerStatus() //WorkQueue状态查询 2.2 辅助接口
const wq_config_t & device_bus_to_wq(uint32_t device_id_int) //device_bus 转 wq配置const wq_config_t & serial_port_to_wq(const char *serial) //serial_port 转 wq配置const wq_config_t & ins_instance_to_wq(uint8_t instance) //instance 转 wq配置static WorkQueue * FindWorkQueueByName(const char *name) //通过名字查WorkQueueWorkQueue * WorkQueueFindOrCreate(const wq_config_t &new_wq) //查找或者创建WorkQueue 2.3 WorkQueue任务函数
WorkQueue目前是支持
Flat和Protected Build两种编译模式，不同编译模式下最显著的差异就是Flat Build下采用pthread_create建立任务，而Protected Build下采用px4_task_spawn_cmd建立任务。
2.3.1 Flat Build
static void * WorkQueueRunner(void *context) 2.3.2 Protected Build
该函数内部实现会再次调用Flat Build的函数（此时运行的代码空间将会是内核态）。
inline static int WorkQueueRunner(int argc, char *argv[]) 2.4 重点接口分析
2.4.1 WorkQueueManagerStart
WorkQueueManagerStart ├──> <_wq_manager_should_exit.load() && (_wq_manager_create_queue == nullptr)> │ ├──> _wq_manager_should_exit.store(false); │ ├──> int task_id = px4_task_spawn_cmd("wq:manager",SCHED_DEFAULT,SCHED_PRIORITY_MAX,PX4_STACK_ADJUSTED(1280),(px4_main_t)&WorkQueueManagerRun,nullptr); │ └──> <task_id < 0> │ ├──> _wq_manager_should_exit.store(true); │ ├──> PX4_ERR("task start failed (%i)", task_id); │ └──> return -errno; ├──> else │ ├──> PX4_WARN("already running"); │ └──> return PX4_ERROR; └──> return PX4_OK; 2.4.2 WorkQueueManagerRun
WorkQueueManagerRun ├──> _wq_manager_wqs_list = new BlockingList<WorkQueue *>(); ├──> _wq_manager_create_queue = new BlockingQueue<const wq_config_t *, 1>(); ├──> <while (!_wq_manager_should_exit.load())> │ ├──> const wq_config_t *wq = _wq_manager_create_queue->pop(); //当没有work queue的时候，管理任务始终阻塞在这里。 │ └──> <wq != nullptr> //不应该是空，容错以防段错误，里面是建立新的work queue │ ├──> [stack, priority, etc] //略。。。。 │ ├──> [Flat Build, pthread_create WorkQueueRunner] │ ├──> [Protected Build, px4_task_spawn_cmd WorkQueueRunner] │ ├──> <pid > 0> │ │ └──> PX4_DEBUG("starting: %s, priority: %d, stack: %zu bytes", wq->name, sched_priority, stacksize); │ └──> <else> │ └──> PX4_ERR("failed to create thread for %s (%i): %s", wq->name, pid, strerror(pid)); └──> return 0; 2.4.3 WorkQueueRunner
WorkQueueRunner ├──> wq_config_t *config = static_cast<wq_config_t *>(context); ├──> WorkQueue wq(*config); ├──> _wq_manager_wqs_list->add(&wq); // add to work queue list ├──> wq.Run(); // 这里就是启动任务队列WorkQueue::Run() ├──> _wq_manager_wqs_list->remove(&wq); // remove from work queue list └──> return nullptr; 2.4.4 WorkQueue::Run
WorkQueue::Run ├──> <while (!should_exit())> │ ├──> do {} while (px4_sem_wait(&_process_lock) != 0); // loop as the wait may be interrupted by a signal │ ├──> work_lock(); │ └──> <while (!_q.empty())> │ ├──> WorkItem *work = _q.pop(); │ ├──> work_unlock(); // unlock work queue to run (item may requeue itself) │ ├──> work->RunPreamble(); │ ├──> work->Run(); // 真实需要执行的Run函数，通常是继承WorkItem的对象 │ ├──> work_lock(); // re-lock │ └──> work_unlock(); └──> PX4_DEBUG("%s: exiting", _config.name); 2.4.5 WorkQueueFindOrCreate
WorkQueueFindOrCreate ├──> <_wq_manager_create_queue == nullptr> │ ├──> PX4_ERR("not running"); │ └──> return nullptr; ├──> WorkQueue *wq = FindWorkQueueByName(new_wq.name); // search list for existing work queue ├──> <wq == nullptr> │ ├──> _wq_manager_create_queue->push(&new_wq); //这里很重要，只有push了，WorkQueueManagerRun里面才能执行下去。 │ ├──> _uint64_t t = 0; │ └──> _<while (wq == nullptr && t < 10_s)> // we wait until new wq is created, then return │ ├──> t += 1_ms; │ ├──> px4_usleep(1_ms); │ ├──> wq = FindWorkQueueByName(new_wq.name); │ └──> <wq == nullptr> │ └──> PX4_ERR("failed to create %s", new_wq.name); └──> return wq; 3. 总结
工作队列，理解起来其实并不复杂。而PX4的工作队列为什么看起来复杂，主要是工作队列和实际的业务耦合。这里我们还没有将uORB的订阅内容放到里面，如果结合这部分，再加上多个继承业务的相互切换等内容，就看似更加复杂了。
所以我们尤其强调设计需要松耦合，尽量模块化，明确接口设计，明确框架设计。
4. 参考资料
【1】
PX4开源软件框架简明简介【2】
Nuttx WorkQueue lida2003 已关注
