Protothreads 简介1

Protothreads极轻量级系统用于资源紧张的单片机。
Ptotothreads的作者是Adam Dunkels ，很感谢作者给我们提供这样一个好的系统，我认为合适的才是最好的。

作者描述Protothreads的特性是：
1 没有专用的机器代码，纯C实现；
2 不使用容易犯错的跳转指令；
3 极小的内存占用；
4 当不当做操作系统来用都行；
5 所提供的阻断等待不需要堆栈或者full multi-threading。
作者提供了几个例子，以帮助我们理解。

先看一下作者提供的5个头文件，这5个头文件就是Protothreads的全部文件。
lc-addrlabels.h ：以字符串方式实现Protothreads系统，占用的ram可能会多些。
lc-switch.h ：以标准C的switch结构实现Protothreads系统(默认)
lc.h ：选择lc-addrlabels.h或lc-switch.h两种实现Protothreads系统
pt.h ：在实际应用中一般只包含此文件就行了
pt-sem.h ：附加的信号量操作的支持，不需要的话则不必包含他

虽然我不熟悉其他的操作系统，但是，单看一眼其他系统的源代码，就能看到有不少压栈和出栈的指令。我认为，对于小小单片机来说，不太合适，压栈和出栈的指令明显占用了时间，更占用了大量的本来不宽裕的ram。并且，似乎用于ram紧张的单片机，还会留有隐患。

对于我来说，使用“系统”只是为了让我的程序思路更清晰，不然一堆变量，信号量和信号量之间互相制约，有没有层次感，时间一长，思路断了，只能重新编写。

Protothreads提供给我们另外一种思路：我们的程序经过了Protothreads的包装，而实际上Protothreads的“线程”就是普通的函数。

所有的“线程”都是（也允许不是）一个死循环，不多占用堆栈，不能被抢占，所以中途必须“退出”，不然怎么会有其他“线程”被调度的机会？退出有两种结果：下一次被调度后从头运行或从退出的位置继续向后运行。Protothreads使用C语言中的“switch”结构或goto语句来实现。既然能够从上一次退出的位置继续向后运行，那么就需要一个变量来记录这个“位置”信息，这个变量就是线程唯一占用的ram变量。作者提供的数据类型是短整型或字符串类型。我认为这就是Protothreads的精髓，也就是说Protothreads
线程不是被其他程序“中断”的，而是自己主动退出(有点雷锋精神)，但退出之前记录当前位置，以便下次从此位置继续运行(真是矛盾的统一体)。

Protothreads为我们提供方便的同时也有一些需要我们改变编程习惯的地方，比如，我们不能在正常线程里面放一个类似“while(1);”的程序，除非我们确实需要这样做--期待看门狗复位。但是，Protothreads提供给我们一个理解Protothreads的机会,源代码完全开放，实现“多任务”的方式方式又是如此的简单明了。我们完全可以根据自己的需要修改库文件。并且以我们对Protothreads的理解，作出我们“心中有数”的程序。

上面描述过作者提供的5个头文件，而我只想把Protothreads用在ram和速度都紧张的单片机（如avr的m16）上，所以，我去掉了两个头文件，只留下了三个：
lc.h ：以标准C的switch结构实现Protothreads系统
pt.h ：Protothreads的接口，必须包含此头文件
pt-sem.h ：附加的信号量操作的支持，不需要的话则不必包含他

在pt.h中包含所有实现Protothreads的宏和变量结构的定义：可以阅读一下作者提供的帮助文档，已经非常详细了，结合作者提供的例子，很快就能理解了，几乎都是字面意思，我保证在你真正了解C语言的前提下，不用半天就能够理解Ptotothreads。我只说一下我对PT_YIELD(pt)的理解：放弃当前执行后续代码的机会，退出，但是下一次调度到本线程，将从此处继续运行。有了这个宏就给了其他线程被调度的机会，如果一个线程中包含PT_WAIT_UNTIL(pt)或PT_WAIT_WHERE(pt)之类的宏，则没有必要再调用PT_YIELD(pt)了。另外，作者为了实现PT_YIELD(pt),而定义了一个局部变量PT_YIELD_FLAG，我认为没有必要，所以我对pt.h
相关地方做了修改，已经把局部变量PT_YIELD_FLAG去掉了。

作者提供的库没有提供线程的自挂起和恢复挂起功能，这个动作可以使用作者提供的PT_YIELD_UNTIL(pt,cond)宏，来实现，或利用一下信号量的操作，使用pt-sen.h头文件所包含的宏来实现。但以我对Protothreads的理解，把pt.h做了一点修改，提供了与PT_YIELD(pt)相似的方法，实现了线程的“自己”挂起和“他人”恢复。既然看懂了系统的源程序，那么我们的思路还可以再扩展一下，函数当中什么地方只运行一次（PT_BEGIN(pt)后面），什么地方每次调度都能运行（PT_BEGIN(pt)前面），为什么作者说局部变量不能乱用等等。我们都能从系统的源程序里面找到答案。

AVR GCC对C支持的很好。Protothreads可以很好的用在avrgcc上。实际效果也很好，程序看起来更清晰了，多个线程配合的也很好。我对操作系统了解不多，对其他的操作系统也没有深入接触过，有些名词会有错误。但我认为，Ptotothreads极容易掌握，对于像avr的m16之类的单片机，Protothreads是很好的选择。

这篇文章是基于作者的Protothreads-1.4版写的，作者还在不断的更新中，作者网站是：