Liteos-a内核工作队列的实现原理分析及经验总结——芯海科技PPG芯片CS1262接入OpenHarmony实战

芯海科技（深圳）股份有限公司 2022-04-26 2007

芯海科技（深圳）股份有限公司

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描述

 

摘要
 

OpenHarmony系统中使用了liteos-m、liteos-a、linux三种内核，工作队列是linux内核引入的一种异步处理机制。本文对liteos-a内核下工作队列的实现原理进行分析，并对芯海科技的PPG芯片CS1262接入OpenHarmony过程中对工作队列的使用方法进行总结分享。

 

工作队列工作队列(Workqueue)是linux内核引入的一种异步进程调用的机制，允许内核代码请求在将来某个时间调用一个函数。在内核源码的documentation中也有对workqueue的说明，路径为Documentation/core-api/workqueue.rst。网络上也有很多对工作队列机制的总结文章可以学习，《Linux workqueue工作原理》讲解的就比较详细。简单理解就是先创建一个队列用于存放work，并创建一个处理线程叫worker；用户进程通过调用接口往队列里面添加work驱动着worker来处理，如下：


 

芯片

而OpenHarmony系统根据不同的使用场景使用了liteos-m/liteos-a/linux三种内核。
 

这里通过CS1262驱动的实现，对liteos-a内核中工作队列的使用及实现做一下分析。


 

工作队列的使用方法

Sensor设备作为外接设备重要组成模块，Sensor驱动模型为上层Sensor服务系统提供稳定的Sensor基础能力接口，包括Sensor列表查询、Sensor启停、Sensor订阅及去订阅，Sensor参数配置等功能。传感器驱动模型总体框架如图1所示。
 

OpenHarmony系统对workqueue提供了几个接口，以方便用户的使用。

 

1. 调用HdfWorkQueueInit，传入queue名称，创建并初始化一个workqueue

2. 调用HdfWorkInit，可以理解为初始化一个work的模板，主要记录处理这个queue里面work的回调函数func以及参数para信息，类似于linux的work_struct

3. 通过调用HdfAddWork往workqueue中添加work，触发调用与此queue关联的回调函数func


 

步骤1~2可以在CS1262驱动HdfDriverEntry对象的Init接口中看到

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int32_t InitPpgDriver(struct HdfDeviceObject *device)
{
    CHECK_NULL_PTR_RETURN_VALUE(device, HDF_ERR_INVALID_PARAM);
    struct PpgDrvData *drvData = (struct PpgDrvData *)device->service;
    CHECK_NULL_PTR_RETURN_VALUE(drvData, HDF_ERR_INVALID_PARAM);


    if (HdfWorkQueueInit(&drvData->ppgWorkQueue, HDF_PPG_WORK_QUEUE) != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: Ppg init work queue failed", __func__);
        return HDF_FAILURE;
    }


    if (HdfWorkInit(&drvData->ppgWork, PpgDataWorkEntry, drvData) != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: Ppg create thread failed", __func__);
        return HDF_FAILURE;
    }


    drvData->initStatus = true;
    drvData->enable = false;
    drvData->detectFlag = false;


    HDF_LOGI("%s: init Ppg driver success", __func__);
    return HDF_SUCCESS;
}

步骤3在CS1262的中断处理函数中，有数据需要上报时会产生一个中断，中断处理中添加一个work通过工作队列机制来实现数据的上报。

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static int32_t PpgReadInt(uint16_t gpio, void *data)
{
    struct PpgDrvData *drvData = PpgGetDrvData();
    CHECK_PPG_INIT_RETURN_VALUE(drvData, HDF_ERR_NOT_SUPPORT);


    if (!drvData->enable) {
        HDF_LOGE("%s: ppg not enabled", __func__);
        return HDF_SUCCESS;
    }


    if (!HdfAddWork(&drvData->ppgWorkQueue, &drvData->ppgWork)) {
        HDF_LOGE("%s: Ppg add work queue failed", __func__);
        return HDF_FAILURE;
    }


    return HDF_SUCCESS;
}

CS1262工作对列中work的回调接口实现，两个主要功能：获取数据，数据上报。

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static void PpgDataWorkEntry(void *arg)
{
    int32_t ret;
    struct PpgDrvData *drvData = (struct PpgDrvData *)arg;
    uint16_t readLen = 0;


    CHECK_NULL_PTR_RETURN(drvData);
    CHECK_NULL_PTR_RETURN(drvData->chipData.opsCall.ReadData);


    ret = drvData->chipData.opsCall.ReadData(g_fifoBuf, sizeof(g_fifoBuf), &readLen);
    if ((ret != HDF_SUCCESS) || (readLen > sizeof(g_fifoBuf))) {
        HDF_LOGE("%s: Ppg read data failed", __func__);
        return;
    }


    if (PpgReportInt(g_fifoBuf, readLen) != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: Cs1262ReportInt fail", __func__);
    }
}

说明：当前CS1262驱动已提交PR，还未正式上库


 

Liteos-a内核中工作队列的实现

1. HdfWorkQueueInit接口

(1) 在liteos-a系统源码中搜索，接口定义如下：

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
int32_t HdfWorkQueueInit(HdfWorkQueue *queue, char *name)
{
......


    queue->realWorkQueue = create_singlethread_workqueue(name);


......


    return HDF_SUCCESS;
}

(2) create_singlethread_workqueue接口实现如下

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源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/include/linux/workqueue.h


宏定义：
#define create_singlethread_workqueue(name) \
    linux_create_singlethread_workqueue(name)




源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/src/linux_workqueue.c
代码如下：
struct workqueue_struct *linux_create_singlethread_workqueue(char *name)
{
    return __create_workqueue_key(name, 1, 0, 0, NULL, NULL);
}

(3) __create_workqueue_key中初始化化了一个event后面会用；创建一个workqueueThread线程用来处理这个workqueue里的所有work

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源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/src/linux_workqueue.c
代码如下：
struct workqueue_struct *__create_workqueue_key(char *name,
                                                int singleThread,
                                                int freezeable,
                                                int rt,
                                                struct lock_class_key *key,
                                                const char *lockName)
{
......


    (VOID)LOS_EventInit(&wq->wq_event);


    if (singleThread) {
        cwq = InitCpuWorkqueue(wq, singleThread);
        ret = CreateWorkqueueThread(cwq, singleThread);
    } else {
        LOS_MemFree(m_aucSysMem0, wq->cpu_wq);
        LOS_MemFree(m_aucSysMem0, wq);
        return NULL;
    }


    if (ret) {
        destroy_workqueue(wq);
        wq = NULL;
    }


    return wq;
}

(4) LOS_EventInit就是liteos系统的task之间通信的事件机制实现

(5) CreateWorkqueueThread就是调用的liteos的LOS_TaskCreate来创建一个Task(也即thread)，处理函数为WorkerThread，如下

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源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/src/linux_workqueue.c
代码如下：
STATIC UINT32 CreateWorkqueueThread(cpu_workqueue_struct *cwq, INT32 cpu)
{
    ......


    taskInitParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)WorkerThread;


    ......


    ret = LOS_TaskCreate(&cwq->wq->wq_id, &taskInitParam);


    ......


    return LOS_OK;
}


STATIC VOID WorkerThread(cpu_workqueue_struct *cwqParam)
{
    cpu_workqueue_struct *cwq = cwqParam;


    for (;;) {
        if (WorkqueueIsEmpty(cwq)) {
            (VOID)LOS_EventRead(&(cwq->wq->wq_event), 0x01, LOS_WAITMODE_OR | LOS_WAITMODE_CLR, LOS_WAIT_FOREVER);
        }
        RunWorkqueue(cwq);
    }
}

线程处理函数里面就是一个死循环，当workqueue中为空时，代码会阻塞在LOS_EventRead处，读一个还未发生的事件时，代码就会在此处一直阻塞，直到事件发生；

(6) 在事件发生(有work可以处理)时，就会调用真正的处理接口RunWorkqueue，对work调用回调函数（例如上面CS1262中的PpgDataWorkEntry）

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源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/src/linux_workqueue.c
代码如下：
STATIC VOID RunWorkqueue(cpu_workqueue_struct *cwq)
{
    ......
    if (!WorkqueueIsEmpty(cwq)) {
        ......
        func = work->func;
        func(work);
        ......
    }
    LOS_SpinUnlockRestore(&g_workqueueSpin, intSave);
}

 

2. HdfWorkInit接口

(1) 接口实现如下

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
int32_t HdfWorkInit(HdfWork *work, HdfWorkFunc func, void *para)
{
    ......


    wrapper = (struct WorkWrapper *)OsalMemCalloc(sizeof(*wrapper));
    if (wrapper == NULL) {
        HDF_LOGE("%s malloc fail", __func__);
        return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
    }
    realWork = &(wrapper->work.work);
    wrapper->workFunc = func;
    wrapper->para = para;


    INIT_WORK(realWork, WorkEntry);
    work->realWork = wrapper;


    return HDF_SUCCESS;
}

(2) 从这里看这个处理函数func赋值给了wrapper->workFunc，而在INIT_WORK中将WorkEntry接口赋值给了work的func
 

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
#ifdef WORKQUEUE_SUPPORT_PRIORITY
#define INIT_WORK(work, callbackFunc)  do {      \
    INIT_LIST_HEAD(&((work)->entry));            \
    (work)->func = (callbackFunc);               \
    (work)->data = (atomic_long_t)(0);           \
    (work)->work_status = 0;                     \
    (work)->work_pri = OS_WORK_PRIORITY_DEFAULT; \
} while (0)
#else
#define INIT_WORK(work, callbackFunc)  do { \
    INIT_LIST_HEAD(&((work)->entry));       \
    (work)->func = (callbackFunc);          \
    (work)->data = (atomic_long_t)(0);      \
    (work)->work_status = 0;                \
} while (0)
#endif

(3) 从前面分析，有work需要处理时调用的就是这个(work)->func；而这里看这个接口的值是WorkEntry，怎么跟驱动侧输入的处理接口联系的呢？就是这个WorkEntry实现的

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
static void WorkEntry(struct work_struct *work)
{
    struct WorkWrapper *wrapper = NULL;
    if (work != NULL) {
        wrapper = (struct WorkWrapper *)work;
        if (wrapper->workFunc != NULL) {
            wrapper->workFunc(wrapper->para);
        } else {
            HDF_LOGE("%s routine null", __func__);
        }
    } else {
        HDF_LOGE("%s work null", __func__);
    }
}

从这里看就是调用的wrapper->workFunc，也即HdfWorkInit接口传入的回调函数。

 

3. HdfAddWork接口

(1) 接口定义如下

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
bool HdfAddWork(HdfWorkQueue *queue, HdfWork *work)
{
    ......


    return queue_work(queue->realWorkQueue, &((struct WorkWrapper *)work->realWork)->work.work);
}

(2) queue_work接口是一个宏，定义如下

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源文件：drivers/adapter/khdf/liteos/osal/src/osal_workqueue.c
代码如下：
#define queue_work(wq, work) \
    linux_queue_work(wq, work)


源文件：kernel/liteos_a/bsd/compat/linuxkpi/src/linux_workqueue.c


linux_queue_work最终调用的接口是InsertWork，中间的调用如下


linux_queue_work()
   |--> QueueWorkOn()
           |--> QueueWork()
                  |-->InsertWork()


接口实现：
STATIC VOID InsertWork(cpu_workqueue_struct *cwq, struct work_struct *work, 
struct list_head *head, UINT32 *intSave)
{
#ifdef WORKQUEUE_SUPPORT_PRIORITY
    WorkListAdd(&work->entry, head, work->work_pri);
#else
    WorkListAddTail(&work->entry, head);
#endif
    LOS_SpinUnlockRestore(&g_workqueueSpin, *intSave);
    (VOID)LOS_EventWrite(&(cwq->wq->wq_event), 0x01);
    LOS_SpinLockSave(&g_workqueueSpin, intSave);
}

从实现上看这里就是写了一个Event，还记得前面在init里面一个阻塞在读Event的吗？这里的LOS_EventWrite就代表了事件发生，然后就可以正常处理work了


 

总结

OpenHarmony的liteos-a内核中工作队列的实现就是参照linux内核的实现，只是底层使用的是嵌入式系统中事件处理机制。
 

OpenHarmony在内核上层做了一层封装(OSAL)，在使用linux和liteos-a内核时工作队列的使用方式统一，驱动开发时无感知。

芯海科技作为OpenHarmony项目群B类捐赠人，已加入DriverFramework SIG和DevBoard SIG。在DriverFramework SIG中负责心率传感器PPG驱动模型和HDI的实现。CS1262是芯海科技最新推出的一款用于光电血管容积图（PPG）信号采集的高端模拟前端（AFE），通过SPI总线与主控通信。关键性能指标达到业界一流水平：

◆ 高精度测量：最高PPG SNR高达110dB

◆ 超强抗干扰：PSRR ≥ 90dB（0.5Hz~10MHz 范围内的Boost噪声）

◆ 低功耗：83uA@100Hz@4Ch@2阶环境光

◆ 全肤色支持：单路LED Driver最大电流可达125mA，两路合并后支持250mA

◆ 高可靠：支持过温保护/关键寄存器保护/LED过流保护/SPI通讯可靠性check

◆ 易用性：支持1/2阶环境光消减/硬件佩戴检测/自动调光/动态配置刷新


 

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