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@infinite1oop(H T)

Zephyr（その４：排他制御）

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Posted at

Zephyrで排他制御（mutex）

Zephyrで排他制御（mutex）を確認。例によって、Wio Terminal利用。

題材

  • mainスレッド：画面表示（更新）のハンドリング
  • 2つのスレッド
    • スレッドA：シリアルから入力された文字をディスプレイに表示するようmainスレッドに通達
    • スレッドB：インクリメントされるカウンタを定期的にディスプレーに表示するようmainスレッドに通達
  • ディスプレイ表示が排他対象

なお、排他制御を実感するため、故意にループするなどがソースコード上に存在する。

参考ソースコード

いずれも、Zephyrのサンプルコードである。

環境ファイル

これらについての説明は、「Zephyr（その２：ディスプレイ）」参照。

CMakeLists.txt

CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.20.0)
find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE})
project(mutexTest)

FILE(GLOB app_sources src/*.c)
target_sources(app PRIVATE ${app_sources})

prj.conf

prj.conf
CONFIG_LV_Z_MEM_POOL_SIZE=16384
CONFIG_MAIN_STACK_SIZE=4096

CONFIG_CONSOLE_SUBSYS=y
CONFIG_CONSOLE_GETLINE=y

CONFIG_DISPLAY=y

CONFIG_LVGL=y
CONFIG_LV_FONT_MONTSERRAT_20=y

wio_terminal.overlay

wio_terminal.overlay
&ili9341 {
    status = "okay";
    rotation = <90>;
    width = <320>;
    height = <320>;
};

ソースコード

src/main.c
#include <string.h>
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/sys/printk.h>
#include <zephyr/console/console.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/devicetree.h>
#include <zephyr/drivers/display.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>
#include <lvgl.h>
#include <stdio.h>

#define STACK_SIZE 1024
#define PRIORITY 7
#define BASE 3000000

struct k_thread thread_a_data;
struct k_thread thread_b_data;
K_THREAD_STACK_DEFINE(thread_a_stack, STACK_SIZE);
K_THREAD_STACK_DEFINE(thread_b_stack, STACK_SIZE);

K_MUTEX_DEFINE(mutex);      // mutex変数初期化
K_CONDVAR_DEFINE(condvar);  // スレッドAおよびBとmain()スレッドとの同期用条件変数初期化

// スレッドA
void thread_a_entry(void *p1, void *p2, void *p3)
{
    volatile uint32_t loop_count;
    lv_obj_t *label = (lv_obj_t *)p1;
    char *s, buf[64];

    ARG_UNUSED(p2);
    ARG_UNUSED(p3);

    console_getline_init();

    while (1) {  // ループ
	    printk("Entered Text to show at display: ");
	    s = console_getline();            // シリアルでの文字列入力待ち
	    sprintf(buf, "<Entered Text>\n%s", s);
	    k_mutex_lock(&mutex, K_FOREVER);  // mutexによるロック
	    lv_label_set_text(label, buf);    // 表示ラベルに入力文字列セット
	    //lv_timer_handler(); ここでの画面更新不可
	    k_condvar_signal(&condvar);       // main()スレッドへ更新依頼
	    for (loop_count = 0; loop_count < 20*BASE; loop_count++)
	        ;  // ある程度表示を続けるための時間稼ぎ
	    k_mutex_unlock(&mutex);           // アンロック
        // 文字列入力待ちがあり、k_sleep()による意図的スレッドスイッチ不要
    }
}

// スレッドB
void thread_b_entry(void *p1, void *p2, void *p3)
{
    volatile uint32_t loop_count = 0;
    char count_str[16];
    lv_obj_t *label = (lv_obj_t *)p1;
    ARG_UNUSED(p2);
    ARG_UNUSED(p3);

    while (1) {  // ループ
        loop_count++;
	    if (loop_count % (10*BASE) == 0) {      // 特定時のみ実行
	      sprintf(count_str, "%d", loop_count / (10*BASE));
	      k_mutex_lock(&mutex, K_FOREVER);      // mutexによるロック
	      lv_label_set_text(label, count_str);  // 表示ラベルにカウンタセット
	      k_condvar_signal(&condvar);           // main()スレッドへ更新依頼
	      k_mutex_unlock(&mutex);               // アンロック
	      k_sleep(K_MSEC(10));                  // スレッドスイッチ
	    }
    }
}

// mainスレッド
int main(void)
{
    const struct device *display_dev;
    lv_obj_t *disp_label;
    int ret;

    display_dev = DEVICE_DT_GET(DT_CHOSEN(zephyr_display));
    if (!device_is_ready(display_dev)) {
	    printk("Device not ready\n");
	    return 0;
    }
    LV_FONT_DECLARE(lv_font_montserrat_20);
    disp_label = lv_label_create(lv_screen_active());
    lv_obj_set_style_text_font(disp_label, &lv_font_montserrat_20, 0);
    lv_obj_align(disp_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, -30);
    lv_timer_handler();
    ret = display_blanking_off(display_dev); // Must
    if (ret < 0 && ret != -ENOSYS) {
	    printk("Failed to turn blanking off (error %d)", ret);
        return 0;
    }

    // スレッドA作成および起動
    k_thread_create(&thread_a_data,
                    thread_a_stack,
                    K_THREAD_STACK_SIZEOF(thread_a_stack), 
                    thread_a_entry,
                    (void*)disp_label, NULL, NULL,  // 引数（表示テキスト用ラベル）
                    PRIORITY,
                    0,
                    K_NO_WAIT);

    // スレッドB作成および起動
    k_thread_create(&thread_b_data,
                    thread_b_stack,
                    K_THREAD_STACK_SIZEOF(thread_b_stack),
                    thread_b_entry,
                    (void*)disp_label, NULL, NULL,  // 引数（表示テキスト用ラベル）
                    PRIORITY,
                    0,
                    K_NO_WAIT);

    // main()スレッドのループ：LVGLの画面更新
    while (1) {
        // スレッドAおよびBでラベルが更新されるのを待つ。これがないとカウンタ抜けが発生。
        k_condvar_wait(&condvar, &mutex, K_FOREVER);
        lv_timer_handler();   // ディスプレイの描画・更新
        k_sleep(K_MSEC(10));
    }

    return 0;
}

// スレッド静的起動では動作せず。main()からのスレッド起動が必須。
//K_THREAD_DEFINE(thread_a_id, STACK_SIZE, thread_a_entry, NULL, NULL, NULL, PRIORITY, 0, 0);
//K_THREAD_DEFINE(thread_b_id, STACK_SIZE, thread_b_entry, NULL, NULL, NULL, PRIORITY, 0, 0);

基本的にはソースコード内のコメントを参照してほしい。あえて追記すると、下記となる。

  • k_mutex_lock()：mutexロック
  • k_mutex_unlock()：mutexアンロック
  • k_condvar_signal：k_condvar_wait()への通知
  • k_condvar_wait()：k_condvar_signal()待ち
  • 画面表示ラベルを定義したスレッドで画面更新（lv_timer_handler()）することが必須

なお、ディスプレイ表示部分については、「Zephyr（その２：ディスプレイ）」参照。

検証

画面表示。スレッドAによる入力テキスト表示。

スレッドBによるカウンタ表示。

EOF

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