在C ++ 11中模拟类似Arduino的中断

问题描述

我正在使用原始的Arduino模拟器。 它的主要功能应该是测试包含控制结构，循环，开关和子例程的简单代码。

我的主要想法是自己提供Arduino库的功能， 例如digitalWrite()或digitalRead()之类的函数，它们会读取并发送 固定与外部应用程序（例如虚拟面包板）之间的状态。

下图显示了我当前的概念。模拟器基本上是一个线程 一次执行setup()函数，然后开始执行loop()函数直到停止。 可以从控制（主）线程停止或暂停它。

setup()和loop()函数的实现以及一些变量由用户提供 并且无法修改或访问。

到目前为止，太好了。现在我要模拟中断。当模拟器线程正在执行loop()函数时 外部应用程序触发中断。这应该导致执行中断处理程序isr()， 这也是用户提供的，无法更改。

对于这个问题，我有两种不同的解决方法：

1. 挂起模拟器线程，在另一个线程中执行中断处理程序，然后继续模拟器线程。
2. 改为使用信号处理程序，在发生中断时将信号发送到进程。

两种方法都有其自身的问题。对于第一个，我需要以某种方式同步状态，这似乎更像一个可怕的骇客。 据我所知，对于第二个选项，我无法指定哪个线程将执行信号处理程序。

如果可能，该解决方案应独立于平台。但是，该解决方案绝对需要编译并在Windows下运行（）（MinGW甚至Cygwin）。

解决方法

IMO所有的中断都可以被认为是具有极低延迟的线程（或基本线程），因此空闲线程是主线程，而int线程可以抢占主线程但不能被抢占。

因此，基本上，目的是执行所有线程，直到满足其中一个int线程中的条件为止，这种情况发生时，阻塞所有线程（关键区域的类型，即mutex或{{ 3}}），直到int线程完成其工作为止。之后，再次执行所有线程（中断时间越短越好）：

void interrupt1_thd(void) {
    // try_lock the mutex
    // check the condition of this interrupt
    // if true,do the job
    // release the mutex if locked

]

---

由于低端uC看起来很简单（即ATmega328P），因此没有嵌套中断也没有优先级。随着更昂贵的uC（例如ATSAMD51 Cortex M4），事情变得更加复杂。现在，这些线程必须能够触发，阻塞所有其他较低优先级或相等优先级的线程，并且能够被较高优先级的线程阻塞。基于优先级的线程没什么大不了的（condition variable或pthread_setschedparam），但是在没有死锁的线程中嵌套互斥锁并不重要，因此condition_variable在这里具有更强的通知能力：

Event:                      Int1   Int3   Int2  Int3         Int3
Main           : -----------                              ---              --------
Task1 (mid)    :             -------------            ----
Task2 (high)   :                          ----------
Task3 (low)    :                                             --------------
Take mutexLow  :            ---------- by 1 ---------        ---- by 3 ----
Take mutexMid  :            ---------- by 1 ---------
Take mutexHigh :                          -- by 2 --

如果（通过高优先级任务）采用了mutexHigh，则Task1和Task3会等到Task2通知所有线程。

如果采用mutexLow（像Task3一样由低优先级任务），则Task3执行其工作（包括检查较高的通知），而Task1和Task2继续检查他们的状况。

我将避免在不同优先级之间共享资源，以免添加更多同步机制。

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所有这些取决于您要模拟的Arduino和要实现的模拟级别，不确定是否要更深入并包括中断队列以最大程度地减少延迟，上下文切换等。