OpenHarmony物联网开发教程课件 第4章-内核开发实践

OpenHarmony物联网开发教程第4章内核开发实践教材章节定位与授课安排本章围绕“内核开发实践”展开，课堂重点是把教材步骤、接口表、接线图、代码实现和实验现象连成完整开发流程。模块课堂内容授课方式学习产出4.1任务管理讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口4.2软件定时器讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口4.3信号量讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口4.4事件讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口4.5互斥锁讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口4.6消息队列讲解+演示能复述流程并定位关键文件/接口OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践学习目标与考核关注1理解任务、定时器、信号量、事件、互斥锁、消息队列的基本概念2能按总体设计完成内核实验流程3能阅读接口表并解释核心API调用4能通过串口和硬件现象验证实验结果本章重点教材中的截图、流程表、接线图、电路原理图和核心接口调用。考核关注能把操作步骤、硬件连接、代码位置和运行结果讲清楚，而不是只照着截图操作。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践本章知识地图4.1任务管理教材模块4.2软件定时器教材模块4.3信号量教材模块4.4事件教材模块4.5互斥锁教材模块4.6消息队列教材模块•建议按“目标-准备-设计-实现-验证-排错”的课堂线索串讲。•图片页均采用Word版教材内嵌原图，表格页根据Word原生表格重排。•实验章节要让学生明确：每一步操作对应哪个工程文件、接口或硬件现象。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1任务管理按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.1任务管理实验主线本节学习线索14.1.1任务管理的基本概念24.1.2总体设计34.1.3实现软件代码44.1.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.1任务管理的基本概念•从系统角度看，任务是竞争系统资源的最小运行单元。•任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源，各任务的运行相互独立。•OpenHarmony内核的任务模块可以给用户提供多个任务，实现任务间的切换，帮助用户管理业务程序流程。•任务模块具有如下特性：它支持多任务，其中每个任务代表一个线程。•采用抢占式调度机制，使得高优先级的任务能够打断低优先级的任务，而低优先级任务必须等到高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.1任务管理的基本概念图4.1任务状态机示意图操作要点•图4.1任务状态机示意图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.2总体设计•1.确定开发目标•创建两个不同优先级的任务，并在每个任务中编写打印信息，最后通过运行程序，观察任务的切换过程。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.1系统流程设计序号流程说明流程所使用接口1锁任务调度，防止高优先级任务调度LOS_TaskLock2创建任务LOS_TaskCreate3解锁任务，让任务按照优先级进行调度LOS_TaskUnlock4延时任务，任务延时等待LOS_TaskDelay5挂起指定的任务，任务挂起等待恢复操作LOS_TaskSuspendOpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.1系统流程设计（续）序号流程说明流程所使用接口6恢复挂起的任务LOS_TaskResume•表格内容来自Word版教材原生表格，课堂中建议结合对应截图和代码逐项解释。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.2总体设计图4.2系统接线简图操作要点•图4.2系统接线简图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.3实现软件代码•将软件实现代码存放到如下路径：•//applications/sample/wifi-iot/app/01_kernel_experiment/01_Task_Manage•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•static_library("task_manage"){•sources=[OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.3实现软件代码：代码讲解重点•先定位示例工程目录、源文件和BUILD.gn构建文件，再讲解核心接口调用。•按“初始化-配置-读写/控制-日志输出-异常处理”的顺序阅读代码。•强调接口返回值检查、延时/任务调度、资源释放和串口日志定位问题。•让学生把代码执行结果与接线图、电路原理图和编程流程表对应起来。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.1.4成果展示•将程序编译、烧录后，通过串口查看运行结果，终端打印如下信息。•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•LOS_TaskLock()Success!•High_Pri_Task()createSuccess!•Low_Pri_Task()createSuccess!OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2软件定时器按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.2软件定时器实验主线本节学习线索14.2.1软件定时器的基本概念24.2.2总体设计34.2.3实现软件代码44.2.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2.1软件定时器的基本概念•软件定时器，是基于系统Tick时钟中断且由软件来模拟的定时器，当经过设定的Tick时钟计数值后会触发用户定义的回调函数。•软件定时器的定时精度与系统Tick时钟的周期有关。•硬件定时器受硬件的限制，数量上不足以满足用户的实际需求，因此为了满足用户需求，提供更多的定时器，OpenHarmony内核提供软件定时器功能。•软件定时器扩展了定时器的数量，允许创建更多的定时业务。•软件定时器支持的功能如下。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.2软件定时器模块常见接口说明接口功能接口描述创建定时器LOS_SwtmrCreate删除定时器LOS_SwtmrDelete启动定时器LOS_SwtmrStart停止定时器LOS_SwtmrStop获得软件定时器剩余Tick数LOS_SwtmrTimeGetOpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2.2总体设计•1.确定开发目标•创建一个软件定时器，并实现超时打印信息函数，最后通过运行程序，观察软件定时器不同的运行模式。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.3系统流程序号流程说明流程所使用接口1配置软件定时器确认配置项LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR和LOSCFG_BASE_IPC_QUEUE为1打开状态；配置LOSCFG_BASE…2创建定时器LOS_SwtmrCreate创建一个指定计时时长、指定超时处理函数、指定触发模式的软件定时器。3启动定时器LOS_SwtmrStart4获得软件定时器剩余Tick数LOS_SwtmrTimeGet5停止定时器LOS_SwtmrStopOpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.3系统流程（续）序号流程说明流程所使用接口6删除定时器LOS_SwtmrDelete•表格内容来自Word版教材原生表格，课堂中建议结合对应截图和代码逐项解释。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2.3实现软件代码•将软件实现代码存放到如下路径：•//applications/sample/wifi-iot/app/01_kernel_experiment/02_Software_Timer•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•static_library("software_timer"){•sources=[OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2.3实现软件代码：代码讲解重点•先定位示例工程目录、源文件和BUILD.gn构建文件，再讲解核心接口调用。•按“初始化-配置-读写/控制-日志输出-异常处理”的顺序阅读代码。•强调接口返回值检查、延时/任务调度、资源释放和串口日志定位问题。•让学生把代码执行结果与接线图、电路原理图和编程流程表对应起来。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.2.4成果展示•将程序编译、烧录后，通过串口查看运行结果，终端运行结果打印信息如下所示。•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•StartTimer1success.•StopTimer1success.•Timer_One_Callback()timer_one_counter=1.OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3信号量按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.3信号量实验主线本节学习线索14.3.1信号量的基本概念24.3.2总体设计34.3.3实现软件代码44.3.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.1信号量的基本概念•信号量（Semaphore）是一种实现任务间通信的机制，可以实现任务间同步或共享资源的互斥访问。•一个信号量的数据结构中，通常有一个计数值，用于对有效资源数的计数，表示剩下的可被使用的共享资源数，其值的含义分两种情况：•（1）0，表示该信号量当前不可获取，可能存在正在等待该信号量的任务。•（2）正值，表示该信号量当前可被获取。•信号量可用于同步或者互斥。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.4信号量模块常见接口说明接口功能接口描述创建信号量LOS_SemCreate:创建信号量，返回信号量ID。LOS_BinarySemCreate:创建二值信号量，其计数值最大为1。删除信号量LOS_SemDelete:删除指定的信号量。申请信号量LOS_SemPend:申请指定的信号量，并设置超时时间。释放信号量LOS_SemPost:释放指定的信号量。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.1信号量的基本概念图4.4信号量运作示意图操作要点•图4.4信号量运作示意图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.2总体设计•1.确定开发目标•创建一个信号量和两个任务，两个任务同时申请该信号量，最后通过运行程序，观察任务间同步或共享资源的互斥访问过程。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.5系统流程设计序号流程说明流程所使用接口1创建信号量LOS_SemCreate，若创建二值信号量则用LOS_BinarySemCreate2申请信号量LOS_SemPend3释放信号量LOS_SemPost4删除信号量LOS_SemDeleteOpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.3实现软件代码•将软件实现代码存放到如下路径：•//applications/sample/wifi-iot/app/01_kernel_experiment/03_Semaphore•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•static_library("semaphore"){•sources=[OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.3实现软件代码：代码讲解重点•先定位示例工程目录、源文件和BUILD.gn构建文件，再讲解核心接口调用。•按“初始化-配置-读写/控制-日志输出-异常处理”的顺序阅读代码。•强调接口返回值检查、延时/任务调度、资源释放和串口日志定位问题。•让学生把代码执行结果与接线图、电路原理图和编程流程表对应起来。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.3.4成果展示•将程序编译、烧录后，通过串口查看运行结果，终端运行结果打印如下信息。•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•Semaphore_Task_Two()trygetsemaphore_handlerwaitforever.•Semaphore_Task_Two()getsemaphore_handlerandthendelay20ticks.•Semaphore_Task_One()trygetsemaphore_handler,timeout10ticks.OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4事件按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.4事件实验主线本节学习线索14.4.1事件的基本概念24.4.2总体设计34.4.3实现软件代码44.4.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.1事件的基本概念•事件（Event）是一种任务间的通信机制，可用于任务间的同步操作。•其特点是支持任务间的事件同步，既可以一对多，即一个任务可以等待多个事件，也可以多对多，即多个任务可以等待多个事件，但一次写事件最多只能触发一个任务从阻塞状态中醒来；•同时，事件具有读超时机制；•并且它仅用于任务间的同步，不传输具体数据。•鸿蒙系统的事件机制包括事件控制块、写事件、读事件、事件清零和事件销毁，对其分别介绍如下。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.6事件模块常见接口说明接口功能接口描述事件检测LOS_EventPoll：根据eventID，eventMask（事件掩码），mode（事件读取模式），检查用户期待的事件是否发生。注意：当mode含LOS_WAITMODE_CLR，且用户期待的事件发生时…初始化LOS_EventInit：事件控制块初始化。事件读LOS_EventRead：读事件（等待事件），任务会根据timeOut（单位：tick）进行阻塞等待；未读取到事件时，返回值为0；正常读取到事件时，返回正值（事件发生的集合）；其他情况返回特定错误码。事件写LOS_EventWrite：写一个特定的事件到事件控制块。事件清除LOS_EventClear：根据events掩码，清除事件控制块中的事件。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.6事件模块常见接口说明（续）接口功能接口描述事件销毁LOS_EventDestroy：事件控制块销毁。•表格内容来自Word版教材原生表格，课堂中建议结合对应截图和代码逐项解释。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.1事件的基本概念图4.6事件运作原理图操作要点•图4.6事件运作原理图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.2总体设计•1.确定开发目标•初始化事件与创建读事件任务完成后，写入相关事件，然后清除并销毁事件，最后通过运行程序，观察事件的读写过程。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.7系统流程设计说明序号流程说明1初始化事件控制块2阻塞读事件控制块3写入相关事件4阻塞任务被唤醒，读取事件并检查是否满足要求5处理事件控制块OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.7系统流程设计说明（续）序号流程说明6事件控制块销毁•表格内容来自Word版教材原生表格，课堂中建议结合对应截图和代码逐项解释。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.3实现软件代码•将软件实现代码存放到如下路径：•//applications/sample/wifi-iot/app/01_kernel_experiment/04_Event_Manage•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•static_library("event_manage"){•sources=[OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.3实现软件代码：代码讲解重点•先定位示例工程目录、源文件和BUILD.gn构建文件，再讲解核心接口调用。•按“初始化-配置-读写/控制-日志输出-异常处理”的顺序阅读代码。•强调接口返回值检查、延时/任务调度、资源释放和串口日志定位问题。•让学生把代码执行结果与接线图、电路原理图和编程流程表对应起来。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.4.4成果展示•将程序编译、烧录后，通过串口查看运行结果，终端运行结果打印如下信息。•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•Example_Event:waitevent0x1.•Example_Eventwriteevent.•Example_Event:readevent->0x1.OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5互斥锁按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.5互斥锁实验主线本节学习线索14.5.1互斥锁的基本概念24.5.2总体设计34.5.3实现软件代码44.5.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.1互斥锁的基本概念•互斥锁又称互斥型信号量，是一种特殊的二值性信号量，用于实现对共享资源的独占式处理。•任意时刻互斥锁的状态只有两种，开锁或闭锁。•当任务持有互斥锁时，该互斥锁处于闭锁状态，这个任务获得该互斥锁的所有权。•当该任务释放互斥锁时，该互斥锁被开锁，任务失去该互斥锁的所有权。•当一个任务持有互斥锁时，其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.8互斥锁模块常见接口说明接口功能接口描述互斥锁的创建和删除LOS_MuxCreate：创建互斥锁。LOS_MuxDelete：删除指定的互斥锁。互斥锁的申请和释放LOS_MuxPend：申请指定的互斥锁。LOS_MuxPost：释放指定的互斥锁。•表格内容来自Word版教材原生表格，课堂中建议结合对应截图和代码逐项解释。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.1互斥锁的基本概念图4.8互斥锁运作示意图操作要点•图4.8互斥锁运作示意图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.2总体设计•1.确定开发目标•创建一个互斥锁和两个任务，两个任务同时申请该互斥锁，最后通过运行程序，观察各任务对互斥锁的申请与释放过程。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.9系统流程设计说明序号流程说明流程所使用接口1创建互斥锁LOS_MuxCreate2申请互斥锁LOS_MuxPend3释放互斥锁LOS_MuxPost如果有任务阻塞于指定互斥锁，则唤醒被阻塞任务中优先级高的，该任务进入就绪态，并进行任务调度；如果没有任务阻塞于指定互…4删除互斥锁LOS_MuxDeleteOpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.3实现软件代码•将软件实现代码存放到如下路径：•//applications/sample/wifi-iot/app/01_kernel_experiment/05_Mutex_Lock•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•static_library("mutex_lock"){•sources=[OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.3实现软件代码：代码讲解重点•先定位示例工程目录、源文件和BUILD.gn构建文件，再讲解核心接口调用。•按“初始化-配置-读写/控制-日志输出-异常处理”的顺序阅读代码。•强调接口返回值检查、延时/任务调度、资源释放和串口日志定位问题。•让学生把代码执行结果与接线图、电路原理图和编程流程表对应起来。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.5.4成果展示•将程序编译、烧录后，通过串口查看运行结果，终端运行结果打印如下信息。•---------------------------------------------------------------------------------------------------------…•Mutex_Two_Task()trytogetmutex,waitforever.•Mutex_Two_Task()getmutex_handlerandsuspend100ticks.•Mutex_One_Task()trytogetmutex,wait10ticks.OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.6消息队列按“基本概念/应用场景-总体设计-代码实现-成果展示”组织授课4.6消息队列实验主线本节学习线索14.6.1消息队列的基本概念24.6.2总体设计34.6.3实现软件代码44.6.4成果展示OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.6.1消息队列的基本概念•消息队列又称队列，是一种任务间通信的机制。•消息队列接收来自任务或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口确定传递的消息是否存放在队列空间中。•任务能够从队列里面读取消息，当队列中的消息为空时，挂起读取任务；•当队列中有新消息时，挂起的读取任务被唤醒并处理新消息。•任务也能够往队列里写入消息，当队列已经写满消息时，挂起写入任务；OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.10消息队列模块的常见接口说明接口功能接口描述创建/删除消息队列LOS_QueueCreate：创建一个消息队列，由系统动态申请队列空间。LOS_QueueDelete：根据队列ID删除一个指定队列，静态消息队列删除后，队列空间需要用例自行处理。读/写队列（不带拷贝）LOS_QueueRead：读取指定队列头节点中的数据（队列节点中的数据实际上是一个地址）。LOS_QueueWrite：向指定队列尾节点中写入入参bufferAddr的值（即buffer的地址）。LOS_Q…读/写队列（带拷贝）LOS_QueueReadCopy：读取指定队列头节点中的数据。LOS_QueueWriteCopy：向指定队列尾节点中写入入参bufferAddr中保存的数据。LOS_QueueWriteHeadCopy：…获取队列信息LOS_QueueInfoGet：获取指定队列的信息，包括队列ID、队列长度、消息节点大小、头节点、尾节点、可读节点数量、可写节点数量、等待读操作的任务、等待写操作的任务。OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.6.1消息队列的基本概念图4.10队列读写数据操作示意图操作要点•图4.10队列读写数据操作示意图OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践4.6.2总体设计•1.确定开发目标•创建一个消息队列和两个任务，两个任务分别对消息队列进行读写，最后通过运行程序，观察消息队列的读写过程。•2.准备开发工具•（1）硬件准备：Windows系统主机1台、OpenHarmony鸿蒙开发主板1块、USB-TypeC线1根。•（2）开发实践前提：OpenHarmony物联网开发教程｜第4章内核开发实践表4.11系统流程设计说明序号流程说明流程所使用接口1创建队列。创建成功后，可以得到队列ID。LOS_QueueCreate2写队列LOS_QueueWrite或者LOS_QueueWriteCopy3读队列LOS_QueueRead或者LOS_Queue