GNU Radio Scheduler

1、 Scheduler 任务简述

GNU Radio中每个block的调度工作如下图所示，主要包含三个方面：

图1 block的调度工作

（1）   维护block对应的buffer的读写指针；

blcok对应的buffer读写指针在buffer章节介绍中有描述，这里不再赘述。

（2）   处理各个block的约束要求

Block的约束需求主要是四部分设置：Forecast函数的功能是告诉调度器对于每次输出的item需要多少个输入的items；Output Multiple则是通过函数set_output_multiple(int multiple)设置每次输出items的大小，如果没有足够的数据则不输出。Alignment表明数据对齐，通过函数set_alignment(int multiple)进行设置，保证输入的数据为multiple倍数大小；History主要用来设置buffer读指针的history items，一方面保证我们有足够有效的数据history items超过输出的output_items大小，另一方面它经常用于有因果关系的信号间进行工作。具体使用方式如下图：

图2 history使用

（3）   完成信息的传输

GNU Radio采用消息传递（Message）和流标签（Stream tag）两种机制在block 之间传输信息。其中Stream tag是同步标签，只能单向传输，Message是异步消息，可以向任何方向传输。在GNU Radio流图中，Stream tag实线表示，Message虚线表示。

【注意】Stream tag与数据流是并行传输模式，不是插入到原始数据流，也不会改变原始数据流，而是绑定到数据流的某一个样点，只能在block之间传递消息，不能通过天线发送出去。

2、 流图调度

2.1 模块调度初始化

流图建立后，运行流图，创建调度器。对流图的模块进行拓扑排列，获取各个block的vector信息，设置流图中所有模块的done标志，然后循环为各个block创建线程并启动线程body进行信息处理。

图3 流图的block初始化流程

2.2 模块线程整体处理

      各block线程主体处理的流程如下图所示。先前的GNU Radio框架介绍提及到，模块的默认调度机制是TPB模式，即多线程调度。每个block的线程处理主体函数的实现均包含在tpb_thread_body.cc文件中，进入线程body，首先获取block的detail()信息以及当前线程ID，接着绑定线程、设置线程优先级，然后while循环进行消息、数据流的run_one_iteration操作以及返回状态处理。具体介绍代码分析部分再描述。

图4 各block线程的主体处理流程

2.3 模块线程核心处理

run_one_iteration()函数是线程主体运行的核心，包含了模块的主要功能实现。

图4 block线程核心处理流程

总的来说，run_one_iteration()函数按照模块类型（信源、信宿以及中间模块三种）进行逐一处理。针对block的每个输出端口，检查各自对应的buffer的剩余空间，从而获得block可以输出的items数目。如果没有用于输出的足够的空间，则返回BLKD_OUT(输出阻塞)；同时，根据前面计算出的输出items数目，计算出所需要的输入items数目（通过forecast函数），综合检查输入的items数目是否满足要求，不满足则返回BLKD_IN；如果输入的items足够，也有足够的空间存放输出的items，则执行block::general_work()完成模块的功能。

2.3.1 try again流程

   该流程主要从以下几个方面进行逻辑的判断和处理：

1、如果是固定速率的block，有一些专门的限制条件，单独分析；

2、未设置Output Multiple，针对Alignment是否设置进行判断；

3、调用forecast计算输入items，判断数据是否满足要求，回调work函数进行处理；

4、其他的异常情况判断，返回相应状态处理。

具体的实现流程如下图所示：

图5 try again处理流程

2.3.2 work流程

       work流程通过获取buffer指针，调用各个block的general_work()函数进行数据处理，如果启用了work处理函数的性能计数器，则统计性能，接着根据返回值进行相应处理并返回结果状态值。

图6 work处理流程

2.3.3 DONE流程

       该流程代表当前数据信息处理完成，然后设置block的done标志，通知上下游模块可以进行数据信息的输入和输出。

图7 done处理流程

3、 代码走读

3.1 调度器初始化

流图运行的时候，会根据系统选择的调度器模式（TPB）进行调度器的创建

和初始化（对流图的模块进行拓扑排列，获取各个block的vector信息（模块的上下游关系），设置流图中所有模块的done标志，循环为各个block创建线程）。

3.2 线程处理主体函数

线程主体函数处理部分，首先是获取线程ID，绑定线程，然后设置各个block的线程优先级，清除block的finish标志。接下就是信息的处理部分了，先遍历消息队列，如果有当前消息注册的句柄，则从队列中POP，然后调用该block的handler分发消息；否则将该消息塞进队列，判断队列里的最大消息数，超过容量则将最开始进队列的消息删除掉。如果不是消息而是流模块，则判断输入输出数据信息调用run_one_iteration()处理，返回处理的状态结果值。然后就针对各返回状态值进行处理：

◆ READY：通知上下游模块有足够的buffer空间和数据输出；

◆ READY_NO_OUTPUT：通知上游模块有buffer空间可以使用；

◆ DONE：告知上下游模块信息处理完成；

◆ BLKD_IN：等待数据的输入或者新的消息处理；

◆ BLKD_OUT：等待数据的缓存空间释放或者新的消息处理。

3.3 流模块数据处理

      代码在block_executor.cc文件中，主要根据block类型（信源、信宿以及中间模块）进行分别处理。

3.3.1信源模块

该模块只有下游模块，综合计算输出buffer空间，如果足够则调用work处理，否则等待buffer的释放。

3.3.2信宿模块

该模块只有上游模块，如果输入数据完成且数据不满足block的output multiple，直接返回DONE；如果没有输出则表明没有输入数据，返回BLKD_IN，否则直接进入try again流程处理。

3.3.3中间模块

中间模块从上游模块接收数据，然后输出到下游模块，在处理时先确认输入的数据，然后计算输出buffer的空间，如果noutput_items值为0，则阻塞中，等待buffer，值为-1则表明已经完成，否则进入try again进行进一步的判断和分析。

3.3.4 try again处理

      该部分针对block的限制需求进行相关判断分析和处理，主要包含fixed_rate、output_multiple_set、alignment、forecast以及input的check，并返回对应的处理值。如果一切都正常，则获取buffer的r_ptr指针读取输入数据，调用work进行数据的处理。

3.3.5 work处理

      获取输出buffer的写指针，将输入数据调用general_work处理输出写入buffer。

3.3.6其他处理

       包括调整剩余待处理的未对齐数据的unaligned属性；如果是标签流，按照新的速率进行数据传递；更新buffer的指针位置；设置新的传输速率等等。

4、 LOG日志

       在block的调度时，消息模块主要是由框架进行队列的管理及分发，这部分日志没什么好查看，如果想看消息具体的实现细节，则需在各个block的实现文件中增加相应日志信息；流模块则是由调度器循环不断的处理，主要的细节处理在block_executor.cc文件中，将#define ENABLE_LOGGING 0修改为#define ENABLE_LOGGING 1，即打开日志的使能开关，就可以看到各个block在运行中的各步骤打印信息，同样如果要看模块的具体功能实现细节，则需在blcok的work实现中增加相应的日志记录。