📚 课程目录第2章使用内核线程

2. 使用内核线程

任务目标

在 Zephyr RTOS 中创建并启动多个内核线程，通过设置不同优先级与延迟，观察线程调度顺序及优先级对执行次序的影响。本案例使用 Zephyr 原生线程 API（k_thread_create）与内核调度器，不依赖应用层抽象。

环境与依赖

Zephyr SDK（建议 v3.4+）
开发板：qemu_x86（或任意支持多线程的板卡）
所需头文件：<zephyr/kernel.h>、<zephyr/sys/printk.h>

核心实现

创建三个线程：高优先级线程（优先级 0）、中优先级线程（优先级 2）、低优先级线程（优先级 4）。每个线程循环打印自身标识并主动让出 CPU（k_yield），以便观察调度器按优先级选择就绪线程。主线程在启动子线程后退出，子线程持续运行。

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/sys/printk.h>

/* 线程栈与线程控制块 */
#define STACK_SIZE 512

K_THREAD_STACK_DEFINE(high_stack, STACK_SIZE);
K_THREAD_STACK_DEFINE(mid_stack, STACK_SIZE);
K_THREAD_STACK_DEFINE(low_stack, STACK_SIZE);

struct k_thread high_thread;
struct k_thread mid_thread;
struct k_thread low_thread;

/* 线程入口函数 */
void thread_entry(void *arg1, void *arg2, void *arg3)
{
    int id = (int)(intptr_t)arg1;
    int count = 0;

    while (1) {
        printk("Thread %d (prio %d) running, count=%d\n",
               id, k_thread_priority_get(k_current_get()), count++);
        k_yield();  /* 主动让出 CPU，触发调度 */
        k_msleep(1); /* 避免单线程独占，模拟实际负载 */
    }
}

void main(void)
{
    printk("Main: creating threads...\n");

    /* 创建三个不同优先级的线程 */
    k_thread_create(&high_thread, high_stack, STACK_SIZE,
                    thread_entry, (void *)1, NULL, NULL,
                    0, K_USER, K_NO_WAIT);
    k_thread_create(&mid_thread, mid_stack, STACK_SIZE,
                    thread_entry, (void *)2, NULL, NULL,
                    2, K_USER, K_NO_WAIT);
    k_thread_create(&low_thread, low_stack, STACK_SIZE,
                    thread_entry, (void *)3, NULL, NULL,
                    4, K_USER, K_NO_WAIT);

    printk("Main: threads created, exiting main.\n");
    /* main 返回后，子线程继续运行 */
}

构建与运行

# 在 Zephyr 工程目录下（已设置 ZEPHYR_BASE）
west build -b qemu_x86 samples/hello_world/ -p always -d build/thread_demo \
  -- -DEXTRA_CONF_FILE=/dev/null  # 若需自定义配置可调整

# 若使用独立目录，将上述代码保存为 src/main.c 并创建 CMakeLists.txt：
# cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
# find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE})
# project(thread_demo)
# target_sources(app PRIVATE src/main.c)

west build -b qemu_x86 -d build/thread_demo .
west build -t run -d build/thread_demo

验证方法与判定标准

运行后观察串口输出，应满足以下条件即判定通过：

输出中出现 Thread 1、Thread 2、Thread 3 的交替打印，且 Thread 1（优先级 0）出现的频率明显高于其他线程。
由于 k_yield 让出 CPU，调度器会选择当前最高优先级的就绪线程，因此高优先级线程会抢占执行，输出顺序呈现优先级 0 > 2 > 4 的统计特征。
程序不会崩溃或卡死，三个线程持续运行，计数递增。

预期输出示例（仅展示调度顺序特征，实际次数因时序而异）：

Main: creating threads...
Main: threads created, exiting main.
Thread 1 (prio 0) running, count=0
Thread 1 (prio 0) running, count=1
Thread 2 (prio 2) running, count=0
Thread 1 (prio 0) running, count=2
Thread 3 (prio 4) running, count=0
Thread 1 (prio 0) running, count=3
...

关键说明

优先级数值越小优先级越高（Zephyr 调度规则）。
K_USER 表示用户线程；若使用 K_ESSENTIAL 则线程不可被抢占，此处用普通用户线程以观察调度。
k_msleep(1) 防止低优先级线程饿死，同时模拟真实负载；若移除，高优先级线程将独占 CPU，低优先级几乎无法运行——这也是优先级调度的直观体现。
若需观察更明显的抢占效果，可将 k_msleep 注释掉，此时输出将几乎全部为 Thread 1，仅当高优先级线程阻塞时其他线程才有机会运行。