今天我们将插入一篇关于底层软件的文章，名为“【硬件篇】vcu软件接口原理”的更新工作仍在进行中，预计将超过10篇，敬请期待。今天我们将探讨一种事件驱动模型“protothreads”，由瑞典sics的adam dunkels开发，并在contiki os中使用。这款模型非常适合资源受限的嵌入式系统，我也曾在某个项目中使用过，深感其妙，愿与大家分享。文中所述可能未尽详尽，欢迎各位指出不足之处。
protothreads简介
任务栈：
protothreads是一种轻量级的线程模型，其编程风格类似于Windows中的线程，但更倾向于无线程编程。在操作系统中，每个线程都有独立的任务栈，而protothreads的各个线程共享同一个任务栈，从而减少了RAM的使用。
上下文切换：
在protothreads编程模型中，任务本质上是函数，函数之间协同工作，因此也被称为“协程(coroutine)”。上下文切换与操作系统中的不同，操作系统由OS管理上下文切换，而在protothreads模型中，通过yield方式保存现场并转移运行权。
任务阻塞：
protothreads虽然提供了在各自线程内条件阻塞的机制，但对于在该线程内调用的其他函数，则无法阻塞其运行。因此，如果要在线程内调用耗时较长的函数，为确保各个线程的实时性，需要将这些函数进一步分解为更小的函数，分步执行。protothreads的阻塞本质上是函数返回，且只能在程序员指定的位置进行阻塞。
代码分析
protothreads包含5个头文件，是的，你没看错，是头文件，意味着没有C文件，整个模型是通过宏实现的。下表简单描述了这5个头文件的主要内容。
使用switch语句实现的协程基础
lc.h
用于选择GCC语法还是switch语句实现
pt.h
基于lc.h实现协程API
pt-sem.h
协程间通信（信号量）的实现
主要API包含在pt.h中，以下介绍一些常用的API：
协程初始化代码：#define PT_INIT(pt) LC_INIT((pt)->lc)
解释：初始化一个协程，实际上是初始化状态变量(pt)->lc，类似于MBD模型开发中的各个StateFlow状态；
协程入口代码：
#define PT_BEGIN(pt) \
{ char PT_YIELD_FLAG = 1; LC_RESUME((pt)->lc)
解释：协程的入口，PT_YIELD_FLAG =1，表示不让出运行权，PT_YIELD_FLAG =0表示让出运行权，LC_RESUME就是跳转到上一次让出运行权的位置继续运行，本质上是switch跳转到相应的case。
协程的退出口代码：
#define PT_END(pt) \
LC_END((pt)->lc); PT_YIELD_FLAG = 0; \
PT_INIT(pt); return PT_ENDED; }
解释：协程的退出口，到此一个协程结束，内容就是清除标志和上下文状态。
协程条件阻塞1代码：
#define PT_WAIT_UNTIL(pt, condition)\
do {\
LC_SET((pt)->lc);\
if(!(condition)) {\
return PT_WAITING;\
}\
} while(0)
解释：协程条件阻塞，阻塞的本质是让出CPU运行权，首先记录下当前的状态（LC_SET((pt)->lc)），以便下一次恢复，保存现场后再判断条件，如果condition为真，则继续往下运行，如果condition为假，直接return返回函数状态PT_WAITING，让出运行权，保持阻塞状态。所以可以这样理解：直到condition条件成立才继续执行，否则继续等待。
协程条件阻塞2代码：
#define PT_WAIT_WHILE(pt,condition) \
PT_WAIT_UNTIL((pt), !(condition))
解释：类似PT_WAIT_UNTIL，只是condition的条件取反。可以这样理解：当condition条件成立时继续等待，否则继续执行。
协程退出代码：
#define PT_EXIT(pt)\
do {\
PT_INIT(pt);\
return PT_EXITED;\
} while(0)
解释：任务后面的代码不执行，初始化状态变量，然后直接退出重新执行。
协程无条件让出运行权代码：
#define PT_YIELD(pt)\
do {\
PT_YIELD_FLAG = 0;\
LC_SET((pt)->lc);\
if(PT_YIELD_FLAG == 0) {\
return PT_YIELDED;\
}\
} while(0)
解释：协程运行权无条件让出一次，让出前，先记录下当前的状态（LC_SET((pt)->lc)），以便下一次恢复，保存现场后，立即让出运行权，本质上是函数return。
协程有条件让出运行权代码：
#define PT_YIELD_UNTIL(pt,condition)\
do {\
PT_YIELD_FLAG = 0;\
LC_SET((pt)->lc);\
if((PT_YIELD_FLAG == 0) || !(condition)) {\
return PT_YIELDED;\
}\
} while(0)
解释：比PT_YIELD(pt)多了一个条件，协程运行权首先无条件让出一次，这是通过PT_YIELD_FLAG来实现的，第二次运行时，再判断条件condition，如果条件为真，继续执行，如果条件为假，则立即让出运行权继续阻塞。
实例
上面介绍了常用API，下面我们看一个实例：
上面的代码就不多解释了，注释已经写得很详细了，唯一需要解释的是这个宏“PT_WAIT_MS”，这是我通过PT_WAIT_UNTIL扩展出来的API，并结合系统Tick实现了延时功能。如果大家熟悉使用后，也可以利用基础的API去扩展自己的功能API。
大家不难发现，相对于使用状态机去实现同样的功能，使用protothreads能够节省很多行代码，而且易于阅读，编程思路和效率也得到提高。
