嵌入式實時操作系統(tǒng)uCOS-II：第7章 信號量與互斥信號量

1、第7章 信號量與互斥信號量本章主要描述信號量與互斥信號量的概念、功能、原理及其使用方法。 7.1 信號量管理 7.1.1 概述7.1.1.1 信號量的類型和組成信號量有兩種類型：一種是只有0和1兩種值的信號量，稱為二值信號量；另一種是可以有多種值的信號量，稱為計數(shù)式信號量，其值的大小取決于信號量的數(shù)據(jù)類型，如計數(shù)式信號量是8位整型變量，則其值可以是0255，若是16位整型變量，則其值可以是065,535。C/OS-II的信號量由兩個部分組成：一個是信號量的計數(shù)值，范圍是065,535；另一個是由等待該信號量的任務(wù)組成的任務(wù)等待列表。 7.1.1.2 信號量的功能 信號量可以使用在如下場合：允許

2、一個任務(wù)與其它任務(wù)或中斷同步；取得共享資源的使用權(quán)；標志事件的發(fā)生。 7.1.1.3 對信號量的初始計數(shù)值賦值方法 對C/OS-II信號量初始值的賦值方法如下：信號量的初始值065,535。如果表示一個或者多個事件的發(fā)生，那么初始值應(yīng)設(shè)為0。如果是用于對共享資源的訪問，那么該初始值應(yīng)設(shè)為1（例如，把它當(dāng)作二值信號量使用）。如果是用來表示允許任務(wù)訪問n個相同的資源，那么該初始值應(yīng)該是n，并把該信號量作為一個可計數(shù)的信號量使用。 7.1.1.4 信號量管理函數(shù) 如表7.1所示，C/OS-II提供了6種對信號量進行操作的函數(shù)，所屬文件是OS_SEM.C。 表7.1 信號量管理函數(shù)一覽表函數(shù)功能調(diào)用者

3、OSSemCreate()建立信號量任務(wù)或者啟動代碼OSSemPend()等待信號量只能是任務(wù)OSSemPost()發(fā)送信號量任務(wù)或者中斷OSSemAccept()無等待地請求信號量任務(wù)或者中斷OSSemDel()刪除信號量任務(wù)OSSemQuery()查詢信號量當(dāng)前狀態(tài)任務(wù)或者中斷7.1.1.5 信號量的配置常量 在使用信號量函數(shù)之前，必須將 OS_CFG.H文件中相應(yīng)的配置常量設(shè)置為0或1，以確定是編譯還是裁剪該函數(shù)，其配置常量如表7.2所示。 表7.2 信號量函數(shù)配置常量一覽表函數(shù)配置常量說明系統(tǒng)配置OS_SEM_EN該常量為0時，屏蔽所有信號量函數(shù)OSSemCreate()信號量必然包含

4、這3個函數(shù)，所以它們沒有單獨的配置開關(guān)量。OSSemPend()OSSemPost()OSSemAccept()OS_SEM_ACCEPT_ENOSSemDel()OS_SEM_DEL_ENOSSemQuery()OS_SEM_QUERY_EN7.1.1.6 中斷、任務(wù)與信號量之間的關(guān)系 任務(wù)、中斷服務(wù)子程序與信號量之間的關(guān)系如圖7.1所示，其中：用鑰匙或者旗幟的符號來表示信號量。如果信號量用于對共享資源的訪問，那么信號量就用鑰匙符號。符號旁邊的數(shù)字N代表可用資源數(shù)。對于二值信號量，該值就是1；如果信號量用于表示某事件的發(fā)生，那么就用旗幟符號。這時的數(shù)字N代表事件已經(jīng)發(fā)生的次數(shù)。 圖7.1任務(wù)

5、、中斷服務(wù)子程序和信號量之間的關(guān)系 7.1.1.7 注意事項 原則上中斷和任務(wù)可以共享信號量，但并不推薦這樣使用，因為信號量一般用于任務(wù)級。如果非這樣做不可，則中斷服務(wù)子程序只能用來發(fā)送信號量。 7.1.2 建立一個信號量，OSSemCreate() 7.1.2.1 函數(shù)原型OS_EVENT * OSSemCreate( INT16U value)OSSemCreate()函數(shù)用于建立一個信號量，并對信號量賦予初始計數(shù)值。這個初始值就是函數(shù)的參數(shù)value，可以為065,535中的任何值，初始值的設(shè)置規(guī)則如下：如果信號量用來表示一個或多個事件的發(fā)生，那么該信號量的初值通常賦為0；如果信號量用于

6、對共享資源的訪問，那么該信號量的初值應(yīng)賦為1（例如，把它當(dāng)成二值信號量使用）如果信號量用來表示允許訪問n個相同的資源，那么該信號量的初值應(yīng)賦為n，并把信號量作為一個可計數(shù)的信號量使用。OSSemCreate()函數(shù)返回指向分配給所建立的信號量的事件控制塊的指針。如果沒有可用的事件控制塊，OSSemCreate()函數(shù)返回空指針。調(diào)用者是任務(wù)或者啟動代碼，開關(guān)量是OS_SEM_EN。使用任何信號量函數(shù)的前提都是需要用此函數(shù)建立信號量。 7.1.2.2 源代碼 圖7.2 OSSemCreate()函數(shù)返回之前的ECB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)7.1.2.3 范例 7.1.3 刪除一個信號量，OSSemDel()7.

7、1.3.1 函數(shù)原型OS_EVENT *OSSemDel(OS_EVENT *pevent，INT8U opt，INT8U *err)OSSemDel()函數(shù)用于刪除一個信號量，調(diào)用者只能是任務(wù)，開關(guān)量是OS_SEM_EN和OS_SEM_DEL_EN。函數(shù)有如下3個參數(shù)：pevent 指向信號量的指針，該指針的值可以在建立信號量時得到；opt 定義信號量刪除條件的選項，它有兩個選擇：OS_DEL_NO_PEND，規(guī)定只能在已經(jīng)沒有任何任務(wù)等待信號量時，才能刪除該信號量；OS_DEL_ALWAYS， 規(guī)定不管有沒有任務(wù)在等待，立即刪除這個信號量。刪除后，所有等待該信號量的任務(wù)立即進入就緒狀態(tài)。e

8、rr 指向包含錯誤代碼的變量的指針，返回的錯誤碼可能為下列幾種之一；OS_NO_ERR調(diào)用成功，信號量被刪除；OS_ERR_DEL_ISR試圖在中斷服務(wù)子程序中刪除信號量；OS_ERR_INVALID_OPT參數(shù)opt不是2種合法參數(shù)之一；OS_ERR_TASK_WAITING有任務(wù)在等待信號量；OS_ERR_PEVENT_TYPE pevent不是指向信號量的指針；OS_ERR_PEVENT_NULL沒有可用的OS_EVENT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 7.1.3 刪除一個信號量，OSSemDel()7.1.3.2 返回值如果信號量已被刪除了，則返回空指針；若信號量沒有能被刪除，則返回pevent。后一種情

9、況下，應(yīng)該查看出錯代碼，以查明原因。7.1.3.3 注意事項由于其它函數(shù)可能還會用到這個信號量，所有在刪除信號量之前，必須首先刪除等待該信號量的所有任務(wù)；當(dāng)掛起的任務(wù)進入就緒狀態(tài)時，中斷是關(guān)閉的，這就是說中斷延遲與等待信號量的任務(wù)的數(shù)量密切有關(guān)。 7.1.4 等待一個信號量，OSSemPend() 7.1.4.1 函數(shù)原型void OSSemPend(OS_EVENT *pevent，INT16U timeout，INT8U *err)當(dāng)一個任務(wù)需要請求一個信號量時，就需要使用OSSemPend()函數(shù)。OSSemPend()函數(shù)掛起當(dāng)前任務(wù)直到有其它的任務(wù)或中斷置位信號量或者信號量超出等待的

10、預(yù)期時間。如果在預(yù)期的時鐘節(jié)拍內(nèi)信號量被置位，C/OS-默認最高優(yōu)先級的任務(wù)取得信號量并恢復(fù)執(zhí)行。一個被OSTaskSuspend()函數(shù)掛起的任務(wù)也可以接受信號量，但這個任務(wù)將一直保持掛起狀態(tài)，直到通過調(diào)用OSTaskResume()函數(shù)恢復(fù)任務(wù)的運行。函數(shù)的調(diào)用者只能是任務(wù)，開關(guān)量是OS_SEM_EN。 7.1.4.1 函數(shù)原型 OSSemPend()函數(shù)有如下3個參數(shù)：pevent 是指向信號量的指針。該指針的值可以在建立該信號量時得到；timeout 指定的超時時鐘節(jié)拍數(shù)量，如果一個任務(wù)在經(jīng)過了timeout參數(shù)指定的時鐘節(jié)拍后還沒有得到需要的信號量時，就恢復(fù)運行狀態(tài)。如果timeou

11、t為0，則表示任務(wù)將持續(xù)的等待信號量。最大的等待時間為65,535個時鐘節(jié)拍。這個時間長度并不是非常嚴格的，可能存在一個時鐘節(jié)拍的誤差，因為只有在一個時鐘節(jié)拍結(jié)束后才會減少定義的等待超時時鐘節(jié)拍。err 是指向包含錯誤碼的變量的指針。OSSemPend()函數(shù)返回的錯誤碼可能為下述幾種之一：OS_NO_ERR 信號量可用；OS_TIMEOUT 沒有在指定的時鐘節(jié)拍數(shù)內(nèi)得到信號量；OS_ERR_PEND_ISR 從中斷調(diào)用該函數(shù)；OS_ERR_EVENT_TYPE pevent 不是指向信號量的指針。當(dāng)任務(wù)調(diào)用OSSemPend()函數(shù)時，如果信號量的值大于零，OSSemPend()函數(shù)遞減該值

12、并返回該值；如果調(diào)用時信號量等于零，OSSemPend()函數(shù)將任務(wù)加入該信號量的等待隊列，并掛起任務(wù)，直到該任務(wù)收到信號量。OSSemPend()函數(shù)沒有返回值。 范例 7.1.5 發(fā)送一個信號量，OSSemPost() 7.1.5.1 函數(shù)原型INT8U OSSemPost（OS_EVENT *pevent）OSSemPost()函數(shù)用于置位指定的信號量，或者說用于發(fā)送信號量。如果指定的信號量是0或大于0，無任務(wù)等待信號量，OSSemPost()函數(shù)使該信號量加1并返回。如果有任務(wù)在等待信號量，最高優(yōu)先級的任務(wù)將得到信號量并進入就緒狀態(tài)。任務(wù)調(diào)度函數(shù)將進行任務(wù)調(diào)度，決定當(dāng)前運行的任務(wù)是否仍

13、然為最高優(yōu)先級的任務(wù)。從中斷調(diào)用，不發(fā)生任務(wù)切換，這是因為必須等到中斷嵌套的最外層的ISR調(diào)用OSIntExit()函數(shù)后，任務(wù)切換才能發(fā)生。函數(shù)的調(diào)用者可以是任務(wù)，也可以是中斷，開關(guān)量是OS_SEM_EN。OSSemPost()函數(shù)只有1個參數(shù)：pevent 指向信號量的指針。該指針的值可以在建立該信號量時得到。 7.1.5.2返回值 函數(shù)的返回值為下述內(nèi)容之一：OS_NO_ERR 信號量成功置位，或者說成功發(fā)送；OS_SEM_OVF 信號量的值溢出；OS_ERR_EVENT_TYPE pevent 不是指向信號量的指針。 7.1.5.2 范例 7.1.6 無等待地請求一個信號量，OSSem

14、Accept() 7.1.6.1 函數(shù)原型INT16U *OSSemAccept（OS_EVENT *pevent）OSSemAccept()函數(shù)用于查看資源是否可以使用或事件是否發(fā)生。與OSSemPend()函數(shù)不同，如果事件沒有發(fā)生，或者資源不可使用，OSSemAccept()函數(shù)不掛起任務(wù)。函數(shù)的調(diào)用者可以是任務(wù)，也可以是中斷，由于中斷服務(wù)子程序不能等待，所以該函數(shù)常用于中斷調(diào)用。開關(guān)量是OS_SEM_EN和OS_SEM_ACCEPT_EN。函數(shù)只有1個參數(shù)：pevent 指向需要查詢的信號量的指針。該指針的值可以在建立信號量時得到。當(dāng)調(diào)用OSSemAccept()函數(shù)時，如果信號量的值

15、大于0，說明共享資源可以使用，這個值被返回調(diào)用者，信號量的值減1；如果調(diào)用OSSemAccept()函數(shù)時，信號量的值等于0，說明共享資源不能使用，返回0。 7.1.6.3 范例 7.1.7 查詢一個信號量的當(dāng)前狀態(tài)，OSSemQuery() 7.1.7.1 函數(shù)原型INT8U OSSemQuery(OS_EVENT *pevent, OS_SEM_DATA *pdata)OSSemQuery()函數(shù)用于獲取指定信號量的信息。使用之前，應(yīng)用程序需要先建立類型為OS_SEM_DATA的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保存從信號量的事件控制塊中取得的數(shù)據(jù)。函數(shù)的調(diào)用者可以是任務(wù)，也可以是中斷，開關(guān)量是OS_SEM_EN和OS_SEM_QUERY_EN。利用OSSemQuery()函數(shù)可以獲取信號量當(dāng)前計數(shù)值(.OSCnt)、.OSEventTbl和 .OSEventGrp，不查詢.OSEventType和.OSEventPtr。OSSemQuery()函數(shù)有如下2個參數(shù)：pev