bertos/kern/proc.c

   1 /**
   2  * \file
   3  * <!--
   4  * This file is part of BeRTOS.
   5  *
   6  * Bertos is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  19  *
  20  * As a special exception, you may use this file as part of a free software
  21  * library without restriction.  Specifically, if other files instantiate
  22  * templates or use macros or inline functions from this file, or you compile
  23  * this file and link it with other files to produce an executable, this
  24  * file does not by itself cause the resulting executable to be covered by
  25  * the GNU General Public License.  This exception does not however
  26  * invalidate any other reasons why the executable file might be covered by
  27  * the GNU General Public License.
  28  *
  29  * Copyright 2001, 2004 Develer S.r.l. (http://www.develer.com/)
  30  * Copyright 1999, 2000, 2001, 2008 Bernie Innocenti <bernie@codewiz.org>
  31  * -->
  32  *
  33  * \brief Simple cooperative multitasking scheduler.
  34  *
  35  * \version $Id$
  36  * \author Bernie Innocenti <bernie@codewiz.org>
  37  * \author Stefano Fedrigo <aleph@develer.com>
  38  */
  39
  40 #include "proc_p.h"
  41 #include "proc.h"
  42
  43 #include "cfg/cfg_arch.h"  // ARCH_EMUL
  44 #include "cfg/cfg_proc.h"
  45 #include "cfg/cfg_monitor.h"
  46 #include <cfg/macros.h>    // ROUND_UP2
  47 #include <cfg/module.h>
  48 #include <cfg/depend.h>    // CONFIG_DEPEND()
  49
  50 #include <cpu/irq.h>
  51 #include <cpu/types.h>
  52 #include <cpu/attr.h>
  53 #include <cpu/frame.h>
  54
  55 #if CONFIG_KERN_HEAP
  56         #include <struct/heap.h>
  57 #endif
  58
  59 #include <string.h>           /* memset() */
  60
  61 /*
  62  * The scheduer tracks ready processes by enqueuing them in the
  63  * ready list.
  64  *
  65  * \note Access to the list must occur while interrupts are disabled.
  66  */
  67 REGISTER List ProcReadyList;
  68
  69 /*
  70  * Holds a pointer to the TCB of the currently running process.
  71  *
  72  * \note User applications should use proc_current() to retrieve this value.
  73  */
  74 REGISTER Process *CurrentProcess;
  75
  76 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
  77 /*
  78  * In some hosted environments, we must emulate the stack on the real
  79  * process stack to satisfy consistency checks in system libraries and
  80  * because some ABIs place trampolines on the stack.
  81  *
  82  * Access to this list must be protected by PROC_ATOMIC().
  83  */
  84 List StackFreeList;
  85
  86 #define NPROC 10
  87 cpu_stack_t proc_stacks[NPROC][(64 * 1024) / sizeof(cpu_stack_t)];
  88 #endif
  89
  90 /** The main process (the one that executes main()). */
  91 struct Process MainProcess;
  92
  93
  94 static void proc_init_struct(Process *proc)
  95 {
  96         /* Avoid warning for unused argument. */
  97         (void)proc;
  98
  99 #if CONFIG_KERN_SIGNALS
 100         proc->sig_recv = 0;
 101         proc->sig_wait = 0;
 102 #endif
 103
 104 #if CONFIG_KERN_HEAP
 105         proc->flags = 0;
 106 #endif
 107
 108 #if CONFIG_KERN_PRI
 109         proc->link.pri = 0;
 110 #endif
 111
 112 }
 113
 114 MOD_DEFINE(proc);
 115
 116 void proc_init(void)
 117 {
 118         LIST_INIT(&ProcReadyList);
 119
 120 #if ARCH & ARCH_EMUL
 121         LIST_INIT(&StackFreeList);
 122         for (int i = 0; i < NPROC; i++)
 123                 ADDTAIL(&StackFreeList, (Node *)proc_stacks[i]);
 124 #endif
 125
 126         /*
 127          * We "promote" the current context into a real process. The only thing we have
 128          * to do is create a PCB and make it current. We don't need to setup the stack
 129          * pointer because it will be written the first time we switch to another process.
 130          */
 131         proc_init_struct(&MainProcess);
 132         CurrentProcess = &MainProcess;
 133
 134 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 135         monitor_init();
 136         monitor_add(CurrentProcess, "main");
 137 #endif
 138
 139 #if CONFIG_KERN_PREEMPT
 140         preempt_init();
 141 #endif
 142
 143         MOD_INIT(proc);
 144 }
 145
 146 /**
 147  * Create a new process, starting at the provided entry point.
 148  *
 149  * \return Process structure of new created process
 150  *         if successful, NULL otherwise.
 151  */
 152 struct Process *proc_new_with_name(UNUSED_ARG(const char *, name), void (*entry)(void), iptr_t data, size_t stack_size, cpu_stack_t *stack_base)
 153 {
 154         Process *proc;
 155         const size_t PROC_SIZE_WORDS = ROUND_UP2(sizeof(Process), sizeof(cpu_stack_t)) / sizeof(cpu_stack_t);
 156 #if CONFIG_KERN_HEAP
 157         bool free_stack = false;
 158 #endif
 159         TRACEMSG("name=%s", name);
 160
 161 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
 162         /* Ignore stack provided by caller and use the large enough default instead. */
 163         PROC_ATOMIC(stack_base = (cpu_stack_t *)list_remHead(&StackFreeList));
 164         ASSERT(stack_base);
 165
 166         stack_size = CONFIG_KERN_MINSTACKSIZE;
 167 #elif CONFIG_KERN_HEAP
 168         /* Did the caller provide a stack for us? */
 169         if (!stack_base)
 170         {
 171                 /* Did the caller specify the desired stack size? */
 172                 if (!stack_size)
 173                         stack_size = CONFIG_KERN_MINSTACKSIZE;
 174
 175                 /* Allocate stack dinamically */
 176                 if (!(stack_base = heap_alloc(stack_size)))
 177                         return NULL;
 178
 179                 free_stack = true;
 180         }
 181
 182 #else // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
 183
 184         /* Stack must have been provided by the user */
 185         ASSERT_VALID_PTR(stack_base);
 186         ASSERT(stack_size);
 187
 188 #endif // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
 189
 190 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 191         /*
 192          * Fill-in the stack with a special marker to help debugging.
 193          * On 64bit platforms, CONFIG_KERN_STACKFILLCODE is larger
 194          * than an int, so the (int) cast is required to silence the
 195          * warning for truncating its size.
 196          */
 197         memset(stack_base, (int)CONFIG_KERN_STACKFILLCODE, stack_size);
 198 #endif
 199
 200         /* Initialize the process control block */
 201         if (CPU_STACK_GROWS_UPWARD)
 202         {
 203                 proc = (Process *)stack_base;
 204                 proc->stack = stack_base + PROC_SIZE_WORDS;
 205                 // On some architecture stack should be aligned, so we do it.
 206                 proc->stack = (cpu_stack_t *)((uintptr_t)proc->stack + (sizeof(cpu_aligned_stack_t) - ((uintptr_t)proc->stack % sizeof(cpu_aligned_stack_t))));
 207                 if (CPU_SP_ON_EMPTY_SLOT)
 208                         proc->stack++;
 209         }
 210         else
 211         {
 212                 proc = (Process *)(stack_base + stack_size / sizeof(cpu_stack_t) - PROC_SIZE_WORDS);
 213                 // On some architecture stack should be aligned, so we do it.
 214                 proc->stack = (cpu_stack_t *)((uintptr_t)proc - ((uintptr_t)proc % sizeof(cpu_aligned_stack_t)));
 215                 if (CPU_SP_ON_EMPTY_SLOT)
 216                         proc->stack--;
 217         }
 218         /* Ensure stack is aligned */
 219         ASSERT((uintptr_t)proc->stack % sizeof(cpu_aligned_stack_t) == 0);
 220
 221         stack_size -= PROC_SIZE_WORDS * sizeof(cpu_stack_t);
 222         proc_init_struct(proc);
 223         proc->user_data = data;
 224
 225 #if CONFIG_KERN_HEAP | CONFIG_KERN_MONITOR | (ARCH & ARCH_EMUL)
 226         proc->stack_base = stack_base;
 227         proc->stack_size = stack_size;
 228         #if CONFIG_KERN_HEAP
 229         if (free_stack)
 230                 proc->flags |= PF_FREESTACK;
 231         #endif
 232 #endif
 233
 234         #if CONFIG_KERN_PREEMPT
 235
 236                 getcontext(&proc->context);
 237                 proc->context.uc_stack.ss_sp = proc->stack;
 238                 proc->context.uc_stack.ss_size = stack_size - 1;
 239                 proc->context.uc_link = NULL;
 240                 makecontext(&proc->context, (void (*)(void))proc_entry, 1, entry);
 241
 242         #else // !CONFIG_KERN_PREEMPT
 243         {
 244                 size_t i;
 245
 246                 /* Initialize process stack frame */
 247                 CPU_PUSH_CALL_FRAME(proc->stack, proc_exit);
 248                 CPU_PUSH_CALL_FRAME(proc->stack, entry);
 249
 250                 /* Push a clean set of CPU registers for asm_switch_context() */
 251                 for (i = 0; i < CPU_SAVED_REGS_CNT; i++)
 252                         CPU_PUSH_WORD(proc->stack, CPU_REG_INIT_VALUE(i));
 253         }
 254         #endif // CONFIG_KERN_PREEMPT
 255
 256         #if CONFIG_KERN_MONITOR
 257                 monitor_add(proc, name);
 258         #endif
 259
 260         /* Add to ready list */
 261         ATOMIC(SCHED_ENQUEUE(proc));
 262
 263         return proc;
 264 }
 265
 266 /**
 267  * Return the name of the specified process.
 268  *
 269  * NULL is a legal argument and will return the name "<NULL>".
 270  */
 271 const char *proc_name(struct Process *proc)
 272 {
 273         #if CONFIG_KERN_MONITOR
 274                 return proc ? proc->monitor.name : "<NULL>";
 275         #else
 276                 (void)proc;
 277                 return "---";
 278         #endif
 279 }
 280
 281 /// Return the name of the currently running process
 282 const char *proc_currentName(void)
 283 {
 284         return proc_name(proc_current());
 285 }
 286
 287 /// Rename a process
 288 void proc_rename(struct Process *proc, const char *name)
 289 {
 290 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 291         monitor_rename(proc, name);
 292 #else
 293         (void)proc; (void)name;
 294 #endif
 295 }
 296
 297
 298 #if CONFIG_KERN_PRI
 299 /**
 300  * Change the scheduling priority of a process.
 301  *
 302  * Process piorities are signed ints, whereas a larger integer value means
 303  * higher scheduling priority.  The default priority for new processes is 0.
 304  * The idle process runs with the lowest possible priority: INT_MIN.
 305  *
 306  * A process with a higher priority always preempts lower priority processes.
 307  * Processes of equal priority share the CPU time according to a simple
 308  * round-robin policy.
 309  *
 310  * As a general rule to maximize responsiveness, compute-bound processes
 311  * should be assigned negative priorities and tight, interactive processes
 312  * should be assigned positive priorities.
 313  *
 314  * To avoid interfering with system background activities such as input
 315  * processing, application processes should remain within the range -10
 316  * and +10.
 317  */
 318 void proc_setPri(struct Process *proc, int pri)
 319 {
 320                 if (proc->link.pri == pri)
 321                         return;
 322
 323                 proc->link.pri = pri;
 324
 325                 if (proc != CurrentProcess)
 326                 {
 327                                 proc_forbid();
 328                                 ATOMIC(sched_reenqueue(proc));
 329                                 proc_permit();
 330                 }
 331 }
 332 #endif // CONFIG_KERN_PRI
 333
 334 /**
 335  * Terminate the current process
 336  */
 337 void proc_exit(void)
 338 {
 339         TRACEMSG("%p:%s", CurrentProcess, proc_currentName());
 340
 341 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 342         monitor_remove(CurrentProcess);
 343 #endif
 344
 345 #if CONFIG_KERN_HEAP
 346         /*
 347          * The following code is BROKEN.
 348          * We are freeing our own stack before entering proc_schedule()
 349          * BAJO: A correct fix would be to rearrange the scheduler with
 350          *  an additional parameter which frees the old stack/process
 351          *  after a context switch.
 352          */
 353         if (CurrentProcess->flags & PF_FREESTACK)
 354                 heap_free(CurrentProcess->stack_base, CurrentProcess->stack_size);
 355         heap_free(CurrentProcess);
 356 #endif
 357
 358 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
 359         /* Reinsert process stack in free list */
 360         PROC_ATOMIC(ADDHEAD(&StackFreeList, (Node *)CurrentProcess->stack_base));
 361
 362         /*
 363          * NOTE: At this point the first two words of what used
 364          * to be our stack contain a list node. From now on, we
 365          * rely on the compiler not reading/writing the stack.
 366          */
 367 #endif /* ARCH_EMUL */
 368
 369         CurrentProcess = NULL;
 370         proc_switch();
 371         /* not reached */
 372 }
 373
 374
 375 /**
 376  * Get the pointer to the user data of the current process
 377  */
 378 iptr_t proc_currentUserData(void)
 379 {
 380         return CurrentProcess->user_data;
 381 }