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_proc.h"
  44 #define LOG_LEVEL KERN_LOG_LEVEL
  45 #define LOG_FORMAT KERN_LOG_FORMAT
  46 #include <cfg/log.h>
  47
  48 #include "cfg/cfg_arch.h"  // ARCH_EMUL
  49 #include "cfg/cfg_monitor.h"
  50 #include <cfg/macros.h>    // ROUND_UP2
  51 #include <cfg/module.h>
  52 #include <cfg/depend.h>    // CONFIG_DEPEND()
  53
  54 #include <cpu/irq.h>
  55 #include <cpu/types.h>
  56 #include <cpu/attr.h>
  57 #include <cpu/frame.h>
  58
  59 #if CONFIG_KERN_HEAP
  60         #include <struct/heap.h>
  61 #endif
  62
  63 #include <string.h>           /* memset() */
  64
  65 /*
  66  * The scheduer tracks ready processes by enqueuing them in the
  67  * ready list.
  68  *
  69  * \note Access to the list must occur while interrupts are disabled.
  70  */
  71 REGISTER List ProcReadyList;
  72
  73 /*
  74  * Holds a pointer to the TCB of the currently running process.
  75  *
  76  * \note User applications should use proc_current() to retrieve this value.
  77  */
  78 REGISTER Process *CurrentProcess;
  79
  80 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
  81 /*
  82  * In some hosted environments, we must emulate the stack on the real
  83  * process stack to satisfy consistency checks in system libraries and
  84  * because some ABIs place trampolines on the stack.
  85  *
  86  * Access to this list must be protected by PROC_ATOMIC().
  87  */
  88 List StackFreeList;
  89
  90 #define NPROC 10
  91 cpu_stack_t proc_stacks[NPROC][(64 * 1024) / sizeof(cpu_stack_t)];
  92 #endif
  93
  94 /** The main process (the one that executes main()). */
  95 struct Process MainProcess;
  96
  97
  98 static void proc_init_struct(Process *proc)
  99 {
 100         /* Avoid warning for unused argument. */
 101         (void)proc;
 102
 103 #if CONFIG_KERN_SIGNALS
 104         proc->sig_recv = 0;
 105         proc->sig_wait = 0;
 106 #endif
 107
 108 #if CONFIG_KERN_HEAP
 109         proc->flags = 0;
 110 #endif
 111
 112 #if CONFIG_KERN_PRI
 113         proc->link.pri = 0;
 114 #endif
 115
 116 }
 117
 118 MOD_DEFINE(proc);
 119
 120 void proc_init(void)
 121 {
 122         LIST_INIT(&ProcReadyList);
 123
 124 #if ARCH & ARCH_EMUL
 125         LIST_INIT(&StackFreeList);
 126         for (int i = 0; i < NPROC; i++)
 127                 ADDTAIL(&StackFreeList, (Node *)proc_stacks[i]);
 128 #endif
 129
 130         /*
 131          * We "promote" the current context into a real process. The only thing we have
 132          * to do is create a PCB and make it current. We don't need to setup the stack
 133          * pointer because it will be written the first time we switch to another process.
 134          */
 135         proc_init_struct(&MainProcess);
 136         CurrentProcess = &MainProcess;
 137
 138 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 139         monitor_init();
 140         monitor_add(CurrentProcess, "main");
 141 #endif
 142
 143 #if CONFIG_KERN_PREEMPT
 144         preempt_init();
 145 #endif
 146
 147         MOD_INIT(proc);
 148 }
 149
 150 /**
 151  * Create a new process, starting at the provided entry point.
 152  *
 153  *
 154  * \note The function
 155  * \code
 156  * proc_new(entry, data, stacksize, stack)
 157  * \endcode
 158  * is a more convenient way to create a process, as you don't have to specify
 159  * the name.
 160  *
 161  * \return Process structure of new created process
 162  *         if successful, NULL otherwise.
 163  */
 164 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)
 165 {
 166         Process *proc;
 167         const size_t PROC_SIZE_WORDS = ROUND_UP2(sizeof(Process), sizeof(cpu_stack_t)) / sizeof(cpu_stack_t);
 168 #if CONFIG_KERN_HEAP
 169         bool free_stack = false;
 170 #endif
 171         LOG_INFO("name=%s", name);
 172
 173 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
 174         /* Ignore stack provided by caller and use the large enough default instead. */
 175         PROC_ATOMIC(stack_base = (cpu_stack_t *)list_remHead(&StackFreeList));
 176         ASSERT(stack_base);
 177
 178         stack_size = KERN_MINSTACKSIZE;
 179 #elif CONFIG_KERN_HEAP
 180         /* Did the caller provide a stack for us? */
 181         if (!stack_base)
 182         {
 183                 /* Did the caller specify the desired stack size? */
 184                 if (!stack_size)
 185                         stack_size = KERN_MINSTACKSIZE;
 186
 187                 /* Allocate stack dinamically */
 188                 if (!(stack_base = heap_alloc(stack_size)))
 189                         return NULL;
 190
 191                 free_stack = true;
 192         }
 193
 194 #else // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
 195
 196         /* Stack must have been provided by the user */
 197         ASSERT_VALID_PTR(stack_base);
 198         ASSERT(stack_size);
 199
 200 #endif // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
 201
 202 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 203         /*
 204          * Fill-in the stack with a special marker to help debugging.
 205          * On 64bit platforms, CONFIG_KERN_STACKFILLCODE is larger
 206          * than an int, so the (int) cast is required to silence the
 207          * warning for truncating its size.
 208          */
 209         memset(stack_base, (int)CONFIG_KERN_STACKFILLCODE, stack_size);
 210 #endif
 211
 212         /* Initialize the process control block */
 213         if (CPU_STACK_GROWS_UPWARD)
 214         {
 215                 proc = (Process *)stack_base;
 216                 proc->stack = stack_base + PROC_SIZE_WORDS;
 217                 // On some architecture stack should be aligned, so we do it.
 218                 proc->stack = (cpu_stack_t *)((uintptr_t)proc->stack + (sizeof(cpu_aligned_stack_t) - ((uintptr_t)proc->stack % sizeof(cpu_aligned_stack_t))));
 219                 if (CPU_SP_ON_EMPTY_SLOT)
 220                         proc->stack++;
 221         }
 222         else
 223         {
 224                 proc = (Process *)(stack_base + stack_size / sizeof(cpu_stack_t) - PROC_SIZE_WORDS);
 225                 // On some architecture stack should be aligned, so we do it.
 226                 proc->stack = (cpu_stack_t *)((uintptr_t)proc - ((uintptr_t)proc % sizeof(cpu_aligned_stack_t)));
 227                 if (CPU_SP_ON_EMPTY_SLOT)
 228                         proc->stack--;
 229         }
 230         /* Ensure stack is aligned */
 231         ASSERT((uintptr_t)proc->stack % sizeof(cpu_aligned_stack_t) == 0);
 232
 233         stack_size -= PROC_SIZE_WORDS * sizeof(cpu_stack_t);
 234         proc_init_struct(proc);
 235         proc->user_data = data;
 236
 237 #if CONFIG_KERN_HEAP | CONFIG_KERN_MONITOR | (ARCH & ARCH_EMUL)
 238         proc->stack_base = stack_base;
 239         proc->stack_size = stack_size;
 240         #if CONFIG_KERN_HEAP
 241         if (free_stack)
 242                 proc->flags |= PF_FREESTACK;
 243         #endif
 244 #endif
 245
 246         #if CONFIG_KERN_PREEMPT
 247
 248                 getcontext(&proc->context);
 249                 proc->context.uc_stack.ss_sp = proc->stack;
 250                 proc->context.uc_stack.ss_size = stack_size - 1;
 251                 proc->context.uc_link = NULL;
 252                 makecontext(&proc->context, (void (*)(void))proc_entry, 1, entry);
 253
 254         #else // !CONFIG_KERN_PREEMPT
 255
 256                 CPU_CREATE_NEW_STACK(proc->stack, entry, proc_exit);
 257
 258         #endif // CONFIG_KERN_PREEMPT
 259
 260         #if CONFIG_KERN_MONITOR
 261                 monitor_add(proc, name);
 262         #endif
 263
 264         /* Add to ready list */
 265         ATOMIC(SCHED_ENQUEUE(proc));
 266
 267         return proc;
 268 }
 269
 270 /**
 271  * Return the name of the specified process.
 272  *
 273  * NULL is a legal argument and will return the name "<NULL>".
 274  */
 275 const char *proc_name(struct Process *proc)
 276 {
 277         #if CONFIG_KERN_MONITOR
 278                 return proc ? proc->monitor.name : "<NULL>";
 279         #else
 280                 (void)proc;
 281                 return "---";
 282         #endif
 283 }
 284
 285 /// Return the name of the currently running process
 286 const char *proc_currentName(void)
 287 {
 288         return proc_name(proc_current());
 289 }
 290
 291 /// Rename a process
 292 void proc_rename(struct Process *proc, const char *name)
 293 {
 294 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 295         monitor_rename(proc, name);
 296 #else
 297         (void)proc; (void)name;
 298 #endif
 299 }
 300
 301
 302 #if CONFIG_KERN_PRI
 303 /**
 304  * Change the scheduling priority of a process.
 305  *
 306  * Process piorities are signed ints, whereas a larger integer value means
 307  * higher scheduling priority.  The default priority for new processes is 0.
 308  * The idle process runs with the lowest possible priority: INT_MIN.
 309  *
 310  * A process with a higher priority always preempts lower priority processes.
 311  * Processes of equal priority share the CPU time according to a simple
 312  * round-robin policy.
 313  *
 314  * As a general rule to maximize responsiveness, compute-bound processes
 315  * should be assigned negative priorities and tight, interactive processes
 316  * should be assigned positive priorities.
 317  *
 318  * To avoid interfering with system background activities such as input
 319  * processing, application processes should remain within the range -10
 320  * and +10.
 321  */
 322 void proc_setPri(struct Process *proc, int pri)
 323 {
 324                 if (proc->link.pri == pri)
 325                         return;
 326
 327                 proc->link.pri = pri;
 328
 329                 if (proc != CurrentProcess)
 330                 {
 331                                 proc_forbid();
 332                                 ATOMIC(sched_reenqueue(proc));
 333                                 proc_permit();
 334                 }
 335 }
 336 #endif // CONFIG_KERN_PRI
 337
 338 /**
 339  * Terminate the current process
 340  */
 341 void proc_exit(void)
 342 {
 343         LOG_INFO("%p:%s", CurrentProcess, proc_currentName());
 344
 345 #if CONFIG_KERN_MONITOR
 346         monitor_remove(CurrentProcess);
 347 #endif
 348
 349 #if CONFIG_KERN_HEAP
 350         /*
 351          * The following code is BROKEN.
 352          * We are freeing our own stack before entering proc_schedule()
 353          * BAJO: A correct fix would be to rearrange the scheduler with
 354          *  an additional parameter which frees the old stack/process
 355          *  after a context switch.
 356          */
 357         if (CurrentProcess->flags & PF_FREESTACK)
 358                 heap_free(CurrentProcess->stack_base, CurrentProcess->stack_size);
 359         heap_free(CurrentProcess);
 360 #endif
 361
 362 #if (ARCH & ARCH_EMUL)
 363         /* Reinsert process stack in free list */
 364         PROC_ATOMIC(ADDHEAD(&StackFreeList, (Node *)CurrentProcess->stack_base));
 365
 366         /*
 367          * NOTE: At this point the first two words of what used
 368          * to be our stack contain a list node. From now on, we
 369          * rely on the compiler not reading/writing the stack.
 370          */
 371 #endif /* ARCH_EMUL */
 372
 373         CurrentProcess = NULL;
 374         proc_switch();
 375         /* not reached */
 376 }
 377
 378
 379 /**
 380  * Get the pointer to the user data of the current process
 381  */
 382 iptr_t proc_currentUserData(void)
 383 {
 384         return CurrentProcess->user_data;
 385 }