Contiki 进程模型 Protothreads

protothread是contiki的进程控制模型，是contiki关于进程的精华知识，详情可参考 。其它关于contiki的资料也可参考，里面介绍了关于Contiki的process、protothread、timer，以及communication stack的一些内容，归纳和总结了里面的一些库函数，这些其实在contiki的源码中都可以找到。

以contiki 2.6中最简单的example/hello_world.c为例。程序的代码如下：

PROCESS(hello_world_process, "Hello world process");
AUTOSTART_PROCESSES(&hello_world_process);
/*---------------------------------------------------------------------------*/
PROCESS_THREAD(hello_world_process, ev, data)
{
  PROCESS_BEGIN();

  printf("Hello, world\n");

  PROCESS_END();
}

contiki程序有着非常规范的程序步骤，PROCESS宏是用来声明一个进程；AUTOSTART_PROCESS宏是使这个进程自启动，PROCESS_THREAD里面定义的是程序的主体，并且主体内部要以PROCESS_BEGIN()开头，以PROCESS_END()来结束。详细可参考 Contiki 宏定义 或者在线文档。接下来宏展开这些宏来看清它们的真面目：

PROCESS

PROCESS(hello_world_process, "Hello world process"); 展开代码如下：

static char process_thread_hello_world_process(struct pt *process_pt, process_event_t ev, process_data_t data);
struct process hello_world_process = { ((void *)0), "Hello world process", process_thread_hello_world_process};

声明了一个process_thread_hello_world_process的函数，以及一个 process 结构体 hello_world_process。完整的 C 代码展开：

struct process hello_world_process = { ((void *)0), "Hello world process", process_thread_hello_world_process};
struct process * const autostart_processes[] = {&hello_world_process, ((void *)0)};

static char process_thread_hello_world_process(struct pt *process_pt, process_event_t ev, process_data_t data)
{
    {
        char PT_YIELD_FLAG = 1;
        switch((process_pt)->lc)
        {
            case 0:
            ;
            printf(“Hello, world!\n”); /* Initialization code goes here */
        }

        }
        PT_YIELD_FLAG = 0;
        (process_pt)->lc = 0;;
        return 3;
    }
}

process_start

要启动一个进程，必须要用到process_start函数，process_start所干的工作就是

1. 先把将要执行的进程加入到进程队列process_list的首部，如果这个进程已经在process_list中，就return；
2. 接下来就把state设置为PROCESS_STATE_RUNNING并且初始化pt的lc为0（这一步初始化很重要，关系到protothread进程模型的理解）;
3. 最后通过函数process_post_synch()给进程传递一个PROCESS_EVENT_INIT事件，让其开始执行

为什么process_post_synch()中要把process_current保存起来呢，process_current指向的是一个正在运行的process，当调用call_process执行这个hello_world这个进程时，process_current就会指向当前的process也就是hello_world这个进程，而hello_world这个进程它可能会退出或者正在被挂起等待一个事件，这时process_current = caller 语句正是要恢复先前的那个正在运行的process。

call_process

接下来展开call_process()，这个函数中才是真正的执行了hello_world_process的内容。假如进程process的状态是PROCESS_STATE_RUNNING以及进程中的thread函数不为空的话，就执行这个进程：

• 首先把process_current指向p；
• 接着把process的state改为PROCESS_STATE_CALLED；
• 执行hello_world这个进程的body也就是函数p->thread，并将返回值保存在ret中，如果返回值表示退出或者遇到了PROCESS_EVENT_EXIT的时事件后，便执行exit_process()函数，process退出。不然程序就应该在挂起等待事件的状态，那么就继续把p的状态维持为PROCESS_STATE_RUNNING。

exit_process

exit_process函数有两个参数，前一个是要退出的process，后一个是当前的process。在这个进程要退出之前，必须要给所有的进程都要发送一个PROCESS_EVENT_EXITED事件，告诉所有与之相关的进程它要走了，如果收到这个事件的进程与要死的进程有关的话，自然会做出相应的处理（一个典型的例子是，如果一个程序要退出的话，就会给etimer_process进程发送一个PROCESS_EVENT_EXITED事件，那么收到这个事件之后，etimer_process就会查找timerlist看看哪个timer是与这个进程相关的，就把它从timerlist中清除）。

如果要退出的process就是当前的process，那么就只需要把它从进程列表中清除即可；如果要退出的process不是当前的process，那么当前的process就要给要退出的process传递一个PROCESS_EVENT_EXIT事件让其进程的body退出，然后再将其从进程列表中清除。

总结来说，当Protothread程序运行到PROCESS_WAIT_EVENT()时，判断其运行条件是否满足，若不满足，则阻塞。通过PROCESS_WAIT_EVENT宏展开的程序代码可以得知，Protothread的阻塞其实质就是函数返回，只不过在返回前保存了当前的阻塞位置（也就是lc值），待下一次Protothread被调用时，通过switch语句直接跳到阻塞位置执行，再次判断运行条件是否满足，并执行后续程序或继续阻塞。

Protothread具有以下的特色和优点：

• A design point between events and threads
• Programming primitive: conditional blocking wait

            PT_WAIT_UNTIL(condition)

• 3.Single stack

            Low memory usage, just like events

• Sequential flow of control

            No explicit state machine(状态机), just like threads
            Programming language helps us: if and while

NOTE:

• 在PROCESS_THREAD内部，auto变量在process挂起时也就是函数返回时是不会被保存的，所以如果需要的话，要把变量设置为static的，这是为了使进程挂起的时候变量的值还在。
• 在PROCESS_THREAD内部不要用switch语句。