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中断处理程序中的printf解决方案

网友分享于:2014-12-24  浏览:1次
中断处理程序中的printf
对于vxworks,在进入中断处理程序去处理中断后,首先会屏蔽相同的中断直至中断处理程序完成(有些处理器本身甚至在硬件上就已经屏蔽了同级和更低级的中断)。 vxworks之所以不用printf,是因为printf()是将信息输出到标准输出设备(STDOUT)中,如果此时设备正在工作,那么就会发生阻塞(在printf里边会有获取信号量的semTake的操作,这个互斥信号量就是保护这个标准输出设备资源)。vxworks属于硬实时操作系统,不能在规定的时间内完成操作即会死机或复位,所以vxworks不用printf的原因在于阻塞而不是因为不可重入。 网上说printf 因为引用全局变量stdout,所以是不可重入的。这个稍微解释一下。如果用到了全局变量,但是用信号量保护,这个是线程安全的,但是是不可重入的。总之,中断处理程序因为同级中断被屏蔽,所以中断处理程序是否是可重入无关紧要,printf特点是不可重入(但线程安全),以及调用互斥信号量引起阻塞, 是后者导致其不能在中断处理程序中使用。关于可重入和线程安全的区别,下文会有详细解释:


线程安全函数
• 概念:
线程安全的概念比较直观。一般说来,一个函数被称为线程安全的,当且仅当被多个并发线程反复调用时,它会一直产生正确的结果。
• 确保线程安全:
要确保函数线程安全,主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆,而私有的线程空间则主要包括栈和寄 存器。因此,对于同一进程的不同线程来说,每个线程的局部变量都是私有的,而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访 问时,如果要保证线程安全,则必须通过加锁的方式。
• 线程不安全的后果:
线程不安全可能导致的后果是显而易见的——共享变量的值由于不同线程的访问,可能发生不可预料的变化,进而导致程序的错误,甚至崩溃。


可重入函数
• 概念:
可重入的概念基本没有比较正式的完整解释,多数的文档都只是说明什么样的情况才能保证函数可重入,但没有完整定义。按照Wiki上的说法,“A computer program or routine is described as reentrant if it can be safely executed concurrently; that is, the routine can be re-entered while it is already running.”根据笔者的经验,所谓“重入”,常见的情况是,程序执行到某个函数foo()时,收到信号,于是暂停目前正在执行的函数,转到信号处理 函数,而这个信号处理函数的执行过程中,又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo(),这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行,而且处理完成后,之前暂停的foo()也能够正确运行,则说明它是可重入的。
• 确保可重入:
要确保函数可重入,需满足以下几个条件:
1、不在函数内部使用静态或全局数据
2、不返回静态或全局数据,所有数据都由函数的调用者提供。
3、使用本地数据,或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。
• 不可重入的后果:
不可重入的后果主要体现在象信号处理函数这样需要重入的情况中。如果信号处理函数中使用了不可重入的函数,则可能导致程序的错误甚至崩溃。


 可重入与线程安全
可重入与线程安全并不等同。一般说来,可重入的函数一定是线程安全的,但反过来不一定成立。
- 如果一个函数中用到了全局或静态变量,那么它不是线程安全的,也不是可重入的;
- 如果我们对它加以改进,在访问全局或静态变量时使用互斥量或信号量等方式加锁,则可以使它变成线程安全的,但此时它仍然是不可重入的,因为通常加锁方式是针对不同线程的访问,而对同一线程可能出现问题;这里举例说明:假设函数func() 在执行过程中需要访问某个共享资源,因此为了实现线程安全,在使用该资源前加锁,在不需要资源解锁。
    假设该函数在某次执行过程中,在已经获得资源锁之后,有异步信号发生,程序的执行流转交给对应的信号处理函数;再假设在该信号处理函数中也需要调用函数 func() ,那么func() 在这次执行中仍会在访问共享资源前试图获得资源锁,然而我们知道前一个func() 实例已然获得该锁,因此信号处理函数阻塞。另一方面,信号处理函数结束前被信号中断的线程是无法恢复执行的,当然也没有释放资源的机会,这样就出现了线程和信号处理函数之间的死锁局面。
  因此,func() 尽管通过加锁的方式能保证线程安全,但是由于函数体对共享资源的访问,因此是非可重入。如果将函数中的全局或静态变量去掉,改成函数参数等其他形式,则有可能使函数变成既线程安全,又可重入。比如:strtok函数是既不可重入的,也不是线程安全的;加锁的strtok不是可重入的,但线程安全;而strtok_r既是可重入的,也是线程安全的。

 对于linux 2.6内核的SR, ISR原型是:static irqreturn_t intr_handler(int irq, void *dev);
  中断返回值类型是irqreturn_t (实际上是int型,对于2.6内核以前是void类型)。参数是int irq和void *dev。前一个参数是中断号,2.0内核以前是为了区分不同的中断设备,后来只作调试打印用。 如多个相同类型的硬盘驱动器,它们会用到相同中断处理程序,现在没什么用了(作用被dev替代了,不同的设备,即使使用同一种中断处理程序,可通过dev区分)。
  Linux中的中断处理程序是无须可重入的。当一个给定的中断处理程序正在执行时,相应的中断线在所有处理器上都会被屏蔽掉,以防止在同一中断线上接收另一个新的中断。通常情况下,所有其他的中断都是打开的,所以这些不同中断线上的其他中断都能被处理,但当前中断线总是被禁止的。由此可以看出,同一个中断处理程序绝对不会被同时调用以处理嵌套的中断。这极大地简化了中断处理程序的编写。
------解决思路----------------------
感觉你有个地方没讲对,我相信现在的printf不是直接输出到串口的,而是输出到内存buffer,然后另外一个线程输出到串口。当然也不排除有直接到串口的。如果是直接到串口,那么除了会被阻塞外,串口打印的延迟是毫秒级的,完全不能放在真正的中断处理里面。很多时候printkprintf都是放在真正的中断处理程序之后的,也就是已经出了中断上下文,而是在非中断核心态。(linux)

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