Ardupilot Uorb学习

目录

前言


uORB(Micro Object Request Broker,微对象请求代理器)是PX4/Pixhawk系统中非常重要且关键的一个模块,它肩负了整个系统的数据传输任务,所有的传感器数据、GPS、PPM信号等都要从芯片获取后,通过uORB进行传输到各个模块进行计算处理。实际上uORB是一套跨进程IPC(Inter-Process Communication,进程间通信)通讯模块。在Pixhawk中, 所有的功能被独立以进程模块为单位进行实现并工作。而进程间的数据交互就由为重要,必须要能够符合实时、有序的特点。
  Pixhawk使用的是NuttX实时操作系统,而uORB对于NuttX而言,它仅仅是一个普通的文件设备对象,这个设备支持Open、Close、Read、Write、Ioctl以及Poll机制。 通过这些接口的实现,uORB提供了一套“点对多”的跨进程广播通讯机制, “点”指的是通讯消息的“源”,“多”指的是一个源可以有多个用户来接收、处理。而“源”与“用户”的关系在于源不需要去考虑用户是否可以收到某条被广播的消息或什么时候收到这条消息,它只需要单纯的把要广播的数据推送到uORB的消息“总线”上;对于用户而言,源推送了多少次的消息也不重要,重要的是取回最新的这条消息。
  总之,uORB实际上是多个进程打开同一个设备文件,进程间通过此文件节点进行数据交互和共享。进程通过命名的总线交换的消息称之为主题(topic)


进程与线程基础知识储备

  什么是线程?什么是进程?线程与进程与有什么关系?首先我们了解这些基础知识,为学习uORB做铺垫

1. 什么是进程程

  进程是什么?要理解这个概念,须要先了解一下操作系统的一些相关概念。我们首先了解下什么是任务调度。大部分操作系统(如Windows、Linux)的*任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式,也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务,每个任务轮流执行。任务执行的一小段时间叫做时间片,任务正在执行时的状态叫运行状态,任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务,被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片的到来。这样每个任务都能得到执行,由于CPU的执行效率非常高,时间片非常短,在各个任务之间快速地切换,给人的感觉就是多个任务在“同时进行”,这也就是我们所说的并发(别觉得并发有多高深,它的实现很复杂,但它的概念很简单,就是一句话:多个任务同时执行)。多任务运行过程的示意图如下:

这里写图片描述

    我们都知道计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务;而操作系统是计算机的管理者,它负责任务的调度、资源的分配和管理,统领整个计算机硬件;应用程序侧是具有某种功能的程序,程序是运行于操作系统之上的。
    进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行的过程,是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位,是应用程序运行的载体。进程是一种抽象的概念,从来没有统一的标准定义。进程一般由程序、数据集合和进程控制块三部分组成。程序用于描述进程要完成的功能,是控制进程执行的指令集;数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区;程序控制块(Program Control Block,简称PCB),包含进程的描述信息和控制信息,是进程存在的唯一标志。

进程具有的特征:
动态性:进程是程序的一次执行过程,是临时的,有生命期的,是动态产生,动态消亡的;
并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行;
独立性:进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位;
结构性:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
2. 什么是线程
在早期的操作系统中并没有线程的概念,进程是能拥有资源和独立运行的最小单位,也是程序执行的最小单位。任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式,而进程是任务调度的最小单位,每个进程有各自独立的一块内存,使得各个进程之间内存地址相互隔离。后来,随着计算机的发展,对CPU的要求越来越高,进程之间的切换开销较大,已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程。
线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程,是程序执行流的最小单元,是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程,各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。一个标准的线程由线程ID、当前指令指针(PC)、寄存器和堆栈组成。而进程由内存空间(代码、数据、进程空间、打开的文件)和一个或多个线程组成。
3. 进程与线程之间的关系
前面讲了进程与线程,但可能你还觉得迷糊,感觉他们很类似。的确,进程与线程有着千丝万缕的关系,下面就让我们一起来理一理:
1.线程是程序执行的最小单位,而进程是操作系统分配资源的最小单位;
2.一个进程由一个或多个线程组成,线程是一个进程中代码的不同执行路线;
3.进程之间相互独立,但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号),某进程内的线程在其它进程不可见;
4.调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
这里写图片描述
这里写图片描述
总之,线程和进程都是一种抽象的概念,线程是一种比进程更小的抽象,线程和进程都可用于实现并发。在早期的操作系统中并没有线程的概念,进程是能拥有资源和独立运行的最小单位,也是程序执行的最小单位。它相当于一个进程里只有一个线程,进程本身就是线程。所以线程有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP)。
后来,随着计算机的发展,对多个任务之间上下文切换的效率要求越来越高,就抽象出一个更小的概念——线程,一般一个进程会有多个(也可是一个)线程。
这里写图片描述
后续内容请参考网址:线程与进程知识

代码中的Uorb内容简介

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/lixiaoweimashixiao/article/details/78723289