上帝视角 | QPC代码框架是什么样的？

本文介绍一些QP的代码结构以及特点，帮助我们对QP的代码框架有一定了解。

QP/C代码框架

打开QPC代码路径，其目录与文件如下：

• doxygen

里面包含了一些图片和代码片段。

• examples

包含了很多例子，可以演示各种QP/C功能。每个示例项目都有具体操作描述，而且都是完整的工作项目，并且带有正确的预配置工具，例如编译器选项，链接器脚本，调试器设置等，同时也提供单元测试支持。

• include

平台无关的QP/C API接口。

• ports

继承好了很多平台的端口，可以适应各种操作系统，处理器体系结构和编译器，并且QP/C框架是从头开始设计的，以使移植变得容易。

• qep/qf/qk/qs

包含了平台一些独立的代码。

• qpc帮助文件 这个qpc.chm 真的很好，是一个不错的学习的教程。

QP/C框架的分层结构

如下图所示，QP/C框架从上到下包含了活动对象、板级支持软件包BSP、QS软件追踪系统、QEP分层事件处理器、QF活动对象框架、QV协作内核、QK抢占式非阻塞内核、QXK抢占式阻塞内核以及目标硬件。

我们来看看这些QPC框架的组成部分是什么，以及有什么作用，又是怎么协调合作的。

QEP Hierarchical Event Processor

QEP是一种通用的兼容UML的事件处理器，可以在可读性强的ANSI-C中对UML状态机进行编码 ，QEP状态机实施策略的特点是可追溯性，可以使每个状态机元素精确的追溯到代码上。

QEP完全支持分层状态嵌套，这是在许多状态之间重用行为的基本机制，而不是重复相同的动作并一遍又一遍地转换。

对事件驱动系统进行编程的主要挑战是，确定响应给定事件而执行的适当操作。通常，这些动作由两个因素决定：事件的性质和当前的上下文（即，涉及系统的过去事件的顺序）。

QEP的代码包含文件：

QF Active-Object Framework

QF是一个轻量级的，事件驱动的活动对象框架，专门为实时嵌入式（RTE）系统设计。

实时嵌入式框架（RTEF）提供了事件驱动的基础结构，用于基于实时内核（RTOS内核）执行活动对象，以确保确定性的实时性能。而且也比比传统的RTOS小，具体对比如下：

这个框架的主要任务是保证每个活动对象的线程安全，从运行到完成的事件处理。它包含了直接的事件传送，发布-订阅的事件转发，事件队列，时间事件等等。

QF的代码包含文件：

QV Cooperative Kernel

QV是一个简单的协作内核，该内核始终一次处理一个事件，直到完成为止，并在处理每个事件后对活动对象执行基于优先级的调度。

QV内核是隐式合作的，因为活动对象不需要显式产生CPU，而仅在事件处理完成后返回到QV调度程序。由于状态机中事件处理的持续时间很短，因此简单的QV内核通常足以满足许多实时系统的需求，这是执行活动对象的最快、最小和最容易理解的方式。

在任何活动对象的每个RTC步骤之后，将使用QV调度程序来选择要执行的下一个活动对象，QV调度程序始终选择事件队列中优先级最高的活动对象。

然后，QV调度程序从此队列中提取下一个事件，并将其分派到与活动对象关联的状态机上。状态机运行到结束，然后QV调度程序继续运行并且循环重复，如下图所示：

由于状态机总是在每个RTC步骤之后返回到QV调度程序，因此可以使用单个堆栈来处理所有状态机。QV调度程序还可以非常容易地检测到所有事件队列何时为空，此时它可以调用空闲回调，以使应用程序将CPU和外围设备置于低功耗睡眠模式。

鉴于其简单性，可移植性和低资源消耗等优点，我们可以有序执行这些活动对象。该调度程序的线程级响应是整个系统中最长的RTC步骤，但是由于事件驱动的活动对象不会阻塞，因此RTC步骤往往很短（通常只有几微秒）。

此外，通常可以通过将事件发布到自身并返回（“提醒”状态模式）来将较长的RTC步骤分解为更短的部分。然后，自发布事件触发了更长处理的继续。

QV的代码包含文件：

QK Preemptive Non-Blocking Kernel

QK是一种超快的、抢占式的、基于优先级的单栈实时内核，并且始终确保CPU执行最高优先级活动对象，在执行的时候，不像传统的RTOS内核那样无休止的循环，而是将事件作为一键式函数调用来处理。

如果新事件的优先级高于当前处理的事件，QK内核仍然允许这些单次事件处理功能相互抢占，类似于优先级中断控制器允许中断相互抢占。

只有两种情况可以导致准备更高优先级的线程：

1. 当低优先级线程将事件发布到高优先级线程时，内核必须立即挂起低优先级线程的执行并启动高优先级线程。这种类型的抢占称为同步抢占，因为它与将事件发布到线程的事件队列中同步发生。

2. 当中断向比被中断线程高优先级的线程发布事件时，内核必须开始执行高优先级的线程，而不是恢复低优先级的线程。这种类型的抢占称为异步抢占，因为它可以异步发生，只要不显式禁用中断即可。

QK的代码包含文件：

QXK Preemptive Blocking Kernel

QXK是一个小的、可抢占的、基于优先级的双模式阻塞内核，它执行诸如QK内核之类的活动对象，但也可以执行传统的阻塞线程，在这方面与常规RTOS（实时操作系统）完全相同。

QXK专为将事件驱动的活动对象与传统的代码混合而设计，可用于硬实时系统，支持基本线程，所有基本线程都嵌套在同一堆栈上，因此减少了堆栈使用量。

基本线程的另一个优点是，从基本线程切换到另一个基本线程只需要激活基本线程，这比QXK还支持的扩展线程所需的完整上下文切换要简单得多，而且速度也更快。

下图显示了QXK内核中引入的主要类以及它们与QP框架类的关系。

QXK的代码包含文件：

QS Software Tracing System

QS是软件追踪系统，使开发人员能够以最少的目标系统资源监视实时事件驱动的QP应用程序，而且无需停止或显着降低代码速度。QS是用于测试，故障排除和优化QP应用的理想工具。QS甚至可以用于支持产品制造验收测试。

QP/Spy软件跟踪系统的结构如下图：

QS的代码包含文件：

总而言之

QPC的目标硬件位于底部，它上方的板级支持软件包（BSP）提供对板级特定功能的访问，而实时内核（QV，QK，QXK或常规的第三方RTOS）为多任务处理提供了基础。

基于这些服务，活动对象框架（QF）提供了事件驱动的基础结构，用于执行活动对象，并且确保线程的事件驱动的安全。

最后，事件处理器（QEP）实现了基于UML状态图的分层状态机，顶层是由松散耦合的活动对象组成的应用程序级代码。