uC/OS-II学习笔记—信号量管理

ID:51773 · 发表于 2013-8-4 13:12

信号量在资源共享管理、任务同步与通信等方面都有广泛的应用。uC/OS-II单独为信号量管理编写了C语言文件os_sem.c。信号管理的核心函数如下所示：

信号量通过OSSemCreate创建，并分配一个ECB给该信号量。OSSemSet可以单独设置信号量的计数值，这个值在ECB中。被创建的信号量可以通过OSSemDel来删除。OSSemQuery查询信号量的信息。这4种操作针对的对象是信号量，使用的数据结构式ECB。
OSSemPend是任务请求信号量时执行的操作。例如，请求操作串口、打印机或某共享数据结构，如果这时信号量无效，任务就被阻塞，并在ECB中标记自己在等待。
OSSemPost是使用资源的任务由于资源使用结束而提交信号量，这时ECB中被阻塞的任务中优先级最高的因为获得了信号量，被唤醒回到就绪态。
OSSemAccept是任务无等待的请求信号量，也就是说，如果访问的资源有效，那么就访问；如果访问的资源无效也不阻塞自己，而是去做其他工作。因此，OSSemAccept非常适用于中断服务程序(ISR)。
OSSemPendAbort放弃某任务对信号量的等待，任务仍将被唤醒回到就绪态。
所以，以上4中函数的操作对象不仅包括事件控制块（ECB），还将包括任务管理中如任务控制块(TCB)、就绪表等诸多数据结构。
信号量在操作系统初始化的时候并不存在。这时，操作系统中的事件管理数据结构事件控制块(ECB)为全空，所有的事件控制块都在ECB空闲链表中排队。信号量的建立函数OSSemCreate将使用一个并配置一个ECB，使其具备信号量的属性。创建信号量的函数OSSemCreate的代码如下所示：

首先，如果是在中断服务程序中，那么中断服务程序按照规范，应该先调用OSIntEnter，该函数将中断嵌套数OSIntNesting加1，因此只要是在中断服务中调用OSSemCreate，OSIntNesting>0u就应该成立，OSSemCreate就返回。OSEventFreeList指向ECB空闲链表的表头，如果OSEventFreeList的值是0，即空指针，那么ECB链表就为空。这说明已经没有空闲的ECB可供使用了。在这种情况下，当然就不能创建信号量或任何其他的事件。当将宏OS_MAX_EVENTS定义的太小满足不了需要的时候就会出现这种情况。另外，还需要注意的是事件没有用时要尽快释放还给系统。在OSEventFreeList的值不为0的情况下，既然将空闲ECB链表的表头分配给要创建的信号量事件，就需要将空闲ECB链表的第一个ECB取下来，这时OSEventList应该指向第二个ECB。接下来的5条语句

都是对取得的ECB进行赋值。假设信号量值为5，则赋值后的ECB应该如下图所示：

宏OS_EVENT_TYPE_SEM的值是3，所以ECB中OSEventType的值为3。假设该信号量为创建的第一个事件，那么事件空闲任务链表将去掉第一个事件控制块如下所示：

另外，应用程序在调用OSSemCreate创建了一个信号量后如何找到该ECB以进行操作呢？这个也没有问题，因为OSSemCreate返回了该ECB的指针。代码中也可以看到，如果创建失败，那么返回的是空指针，应用程序可根据返回值是否为空指针判断是否创建失败。如果成功，根据该指针执行其他的如等待信号量、提交信号量等操作。
前面提到系统中的信号量如果不再使用了就应该尽快删除，否则分配多少个ECB也是不够用的。信号量的删除函数时OSSemDel。删除一个信号量要涉及很多方面，因此OSSemDel并不简单。OSSemDel的参数是ECB指针pevent、整形的删除选项opt和用来返回结果的指向整形的指针perr。其中，opt的值为OS_DEL_NO_PEND表示只有当没有任务等待该事件的时候才允许删除，opt的值为OS_DEL_ALWAYS表示无论如何都允许删除。OSSemDel程序如下所示：

可以单刀，删除信号量比创建一个信号量更复杂，首先要进行很多参数检查，检查传递来的参数的正确性。例如，是否是在中断中删除信号量、ECB的属性是否是信号量等。
使用局部变量tasks_waiting来保存是否有任务等待信号量。判断的方法是通过事件等待组是否为0.如果tasks_waiting=OS_TRUE，则表示有任务等待信号量，如果tasks_waiting=OS_FALSE，则表示没有任务等待信号量。
然后根据选项opt决定程序的分支。如果为OS_DEL_NO_PEND，则表示只有在没有事件等待的时候才允许删除信号量，因此，在tasks_waiting = OS_TRUE时不能做任何事情，返回该ECB的指针，表示删除失败了，并在err中填写了出错的原因。
如果opt为OS_DEL_ALWAYS，那么，先把ECB初始化后归还给空闲ECB链表，然后将所有等待该信号量的任务都用OS_EventTaskRdy来就绪，采用的方法是使用while循环，只要OSEventGrp不为0就循环下去，从高优先级到低优先级的任务一个一个就绪，事件等待表中的任务也一个一个减少。等到OSEventGrp为0时循环就结束了，所有等待该事件的任务除了被挂起的之外(OS_EventTaskRdy不就绪挂起的任务)，全部都就绪了。这时如果判定tasks_waiting为OS_TRUE，知道有任务被就绪了，就执行一次任务调度来让高优先级的就绪任务获得运行，否则不需要进行任务调度了。
操作系统程序的编写是非常细致的，如果opt不是这两个值中的一个，那就是选项不对，什么也不做，标记错误信息后直接返回原来的ECB指针。
请求信号量又称等待信号量。等待信号量的参数为3个，分别是ECB的指针pevent，32位无符号整数超时时间timeout和用来返回结果的指向整形的指针perr。等待信号量函数OSSemPend的定义如下所示：

信号量的等待函数代码稍多一些，读懂了该代码，其他的事件如互斥信号量、消息等的处理都很相似。
首先还是参数检查，这里增加了一个如果调度器上锁不能等待信号量的限制。perr是以指针的形式传递过来的，其实是用它来返回处理的结果。例如，OS_ERR_PEND_LOCKED，表示是因为调度器上锁了而无功而返。
然后判断OSEventCnt信号量的值，入股该值大于0，则可以访问资源。因为本任务将占有一个资源，因此将OSEventCnt减1，信号量指示的资源数减少一个。然后给*perr赋值为OS_ERR_NONE，表示操作正常。然后本函数返回。应用程序看到OS_ERR_NONE就可以大胆地去使用资源了。
如果不是，那就比较麻烦了！先在TCB中的OSTCBStat打个标记，表示本任务的状体是请求信号量。OSTCBStatPend赋值为OS_STAT_PEND_OK，等待状态正常。把延时时间这个参数给OSTCBDly。
调用OS_EventTaskWait在事件等待表、等待组中占一个地方，在就绪表和就绪组中取消就绪标志。然后执行一次任务调度，彻底被阻塞掉。轮到其他任务运行了。当再运行到此处的时候已经发生了很多事情，本任务是不知道的。总之，任务被从阻塞态唤醒回到就绪态，又获得了运行。查看OSTCBStatPend，如果是OS_STAT_PEND_OK，是由于等待的信号量有效（有其他任务释放了信号量），因为本任务在ECB的事件等待表中有记录，所以被唤醒并得到了运行，虽然经历磨难，但是还是可以去访问资源了。如果是OS_STAT_PEND_ABORT，在获得信号量之前取消了等待，因此不能访问资源，在perr中填写信号为OS_ERR_PEND_ABORT。如果是OS_STAT_PEND_TO或其他，表示超时了，时间到了还没有得到信号量，表示失败了，也不能访问资源！在perr中填写信号为OS_ERR_TIMEOUT。另外需要注意的是，执行了OS_EventTaskRemove，在事件等待表和事件等待组中清除了本任务的等待信息。
无论如何，请求信号量结束了，最后清理一下比较混乱的TCB中的状态标志和ECB指针，结束本函数的运行。
当任务A获得信号量之后将信号量数字减1，然后就可以访问资源R。这时，如果信号量的值为0，任务B如果也要访问资源R，必须等待信号量，因此将任务B阻塞。任务A在对资源的访问完成之后，应将信号量的值加1。因为资源已经可以被其他的任务访问了，因此应该将任务B唤醒，使任务B就绪。再复杂一些，访问资源的任务有2个以上，资源R可以同时被N个任务访问，因此信号量的值在最开始创建的时候应该等于N。当任务A访问信号量时，信号量值变为N-1，任务B又访问，信号量等于N-2，当第M个任务访问时，信号量等于N-M。当N-M=0时，也就是当N=M时，如果第N+1个任务来访问资源R，那么它必须等待。当任何一个任务(如第2个)访问资源完成后，应该唤醒第N+1个任务，让其他资源访问。当第N+1个任务访问完成之后，因为没有其他的任务等待信号量，只需要简单地将信号量值加1即可。
提交信号量的函数时OSSemPost，参数是信号量所在的ECB的指针。代码如下所示：

代码中首先进行参数检查，然后判断是否有任务在等待该信号量。如果有，那么就唤醒阻塞中的最高优先级的任务，方法就是调用OS_EventTaskRdy，然后进行任务调度之后返回即可。如果没有，就简单地将信号量加1。
在中断服务程序和有些用户任务中，需要无等待的请求信号量。也就是说，使用信号量请求资源，当没有可用的资源，信号量为0时，并不阻塞自己，而是继续执行其他代码。OSSemAccept就是无等待的请求信号量函数，参数是请求信号量的ECB指针，返回值是当前信号量的数值。当有有效的资源时，返回值大于0，否则返回0.代码如下所示：

代码中首先进行参数检查，然后将信号量的值赋值给局部变量cnt，如果cnt>0说明资源有效或信号量有效，因此将信号量的值减1，然后返回cnt，就可以访问资源的代码了。如果函数返回值为0，说明要么参数检查失败要么资源被其他任务占用而不能访问，都不能执行访问资源的代码。
放弃等待信号量并非放弃本任务对信号量的等待。可以采用反证法：如果是放弃本任务对信号量的等待，那么本任务应该处于阻塞状态，一个处于阻塞状态的任务得不到运行，怎么能执行放弃等待信号量的代码呢？因此，一定是放弃其他任务对一个信号量的等待。放弃等待信号量的第一个参数是ECB的指针。这个ECB必须是信号量的，如果不是则返回。如果这个ECB的事件等待表中没有任务等待，那么也无须做什么操作。否则，根据第二个参数opt的值分两种情况处理。一种是opt的值是宏OS_PEND_OPT_BROADCAST，那么就要将等待该信号量的所有任务就绪。另一种是opt的值是OS_PEND_OPT_NONE或其他值，只将等待该信号量的最高优先级的任务就绪。另一个参数是返回结果的指向整形的指针perr，使用方法与前面类似。
放弃等待信号量函数OSSemPendAbort代码如下所示：

分析该函数流程如下：
（1）参数检查，如果ECB指针无效或ECB的类型不是信号量类型，返回参数检查错误信息。
（2）如果pevent->OSEventGrp为0说明没有任务等待信号量，返回0.
（3）否则根据参数opt（选项）进行分支转移，如果为OS_PEND_OPT_BROADCAST，使用while语句循环地将等待该信号量的每个任务用OS_EventTaskRdy来取消等待并使其就绪(除非任务还被挂起)；如果为其他值则只将最高优先级取消等待并使之就绪。两种情况下都返回取消等待信号量的任务数。
总之，OSSemPendAbort取消任务对某信号量的等待，操作的对象是ECB等待中的任务。一般在极为特殊的情况下（如要删除一个任务，而这个任务当前在等待信号量时），才使用该函数。
操作系统提供了直接设置信号量值的函数OSSemSet。一般情况下无须使用该函数设置信号量的值，应该在信号量创建的时候初始化信号量的值。当一个信号量的值在创建之后为N，每次有任务请求信号量就将该值减1，反之，将该值加1，一般情况下是不允许随便改动的。但是在极其特殊的情况下，因为某种特殊的需要（如突然增加了其他的资源），需要修改资源数N，可采用OSSemSet直接对信号量赋值，但条件是这时没有任务在等待该信号量。OSSemset函数代码如下所示：

该函数比较简单，进行参数检查之后，查看该信号的值是否大于0，如果大于0则说明米有任务在等待该信号量，因此可以修改信号量值。否则，查看是否有任务等待，如果没有任务等待仍可修改信号量值，否则不允许修改信号量的值。
信号量状态查询将ECB中关于信号量的信息复制到另一个数据结构信号量数据OS_SEM_DATA，信号量数据OS_SEM_DATA的声明如下所示：

信号量状态查询函数OSSemQuery的代码如下所示：

该函数比较简单，进行参数检查之后，将ECB中的事件等待组、事件等待表和信号量值的内容，完全复制到信号量数据OS_SEM_DATA中

ID:56293 · 发表于 2013-10-25 10:51

请问楼主的程序使用什么软件打开的？有颜色看的方便多了~

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