第7章 信号量管理.docx
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第7章信号量管理
第7章信号量管理
µC/OS-II中的信号量由两部分组成：
一个是信号量的计数值，它是一个16位的无符号整数（0到65,535之间）；另一个是由等待该信号量的任务组成的等待任务表。
用户要在OS_CFG.H中将OS_SEM_EN开关量常数置成1，这样µC/OS-II才能支持信号量。
在使用一个信号量之前，首先要建立该信号量，也即调用OSSemCreate（）函数（见下一节），对信号量的初始计数值赋值。
该初始值为0到65,535之间的一个数。
如果信号量是用来表示一个或者多个事件的发生，那么该信号量的初始值应设为0。
如果信号量是用于对共享资源的访问，那么该信号量的初始值应设为1（例如，把它当作二值信号量使用）。
最后，如果该信号量是用来表示允许任务访问n个相同的资源，那么该初始值显然应该是n，并把该信号量作为一个可计数的信号量使用。
µC/OS-II提供了5个对信号量进行操作的函数。
它们是：
OSSemCreate（），OSSemPend（），OSSemPost（），OSSemAccept（）和OSSemQuery（）函数。
图F7.5说明了任务、中断服务子程序和信号量之间的关系。
图中用钥匙或者旗帜的符号来表示信号量：
如果信号量用于对共享资源的访问，那么信号量就用钥匙符号。
符号旁边的数字N代表可用资源数。
对于二值信号量，该值就是1；如果信号量用于表示某事件的发生，那么就用旗帜符号。
这时的数字N代表事件已经发生的次数。
从图F7.5中可以看出OSSemPost（）函数可以由任务或者中断服务子程序调用，而OSSemPend（）和OSSemQuery（）函数只能有任务程序调用。
图F7.5任务、中断服务子程序和信号量之间的关系——Figure7.5
7.00建立一个信号量,OSSemCreate（）
程序清单L7.9是OSSemCreate（）函数的源代码。
首先，它从空闲任务控制块链表中得到一个事件控制块[L7.9
（1）]，并对空闲事件控制链表的指针进行适当的调整，使它指向下一个空闲的事件控制块[L7.9
（2）]。
如果这时有任务控制块可用[L7.9（3）]，就将该任务控制块的事件类型设置成信号量OS_EVENT_TYPE_SEM[L7.9（4）]。
其它的信号量操作函数OSSem?
?
?
（）通过检查该域来保证所操作的任务控制块类型的正确。
例如，这可以防止调用OSSemPost（）函数对一个用作邮箱的任务控制块进行操作[7.06节，邮箱]。
接着，用信号量的初始值对任务控制块进行初始化[L7.9（5）]，并调用OSEventWaitListInit（）函数对事件控制任务控制块的等待任务列表进行初始化[见6.01节，初始化一个任务控制块，OSEventWaitListInit（）][L7.9（6）]。
因为信号量正在被初始化，所以这时没有任何任务等待该信号量。
最后，OSSemCreate（）返回给调用函数一个指向任务控制块的指针。
以后对信号量的所有操作，如OSSemPend（）,OSSemPost（）,OSSemAccept（）和OSSemQuery（）都是通过该指针完成的。
因此，这个指针实际上就是该信号量的句柄。
如果系统中没有可用的任务控制块，OSSemCreate（）将返回一个NULL指针。
程序清单L7.9建立一个信号量
OS_EVENT*OSSemCreate（INT16Ucnt）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
OS_EVENT*pevent;
if（OSIntNesting>0）{
*err=OS_ERR_CREATE_ISR;
return（（OS_EVENT*）0）;
}
OS_ENTER_CRITICAL（）;
pevent=OSEventFreeList;
（1）
if（OSEventFreeList!
=（OS_EVENT*）0）{
（2）
OSEventFreeList=（OS_EVENT*）OSEventFreeList->OSEventPtr;
}
OS_EXIT_CRITICAL（）;
if（pevent!
=（OS_EVENT*）0）{（3）
pevent->OSEventType=OS_EVENT_TYPE_SEM;（4）
pevent->OSEventCnt=cnt;（5）
OSEventWaitListInit（pevent）;（6）
}
return（pevent）;（7）
}
7.01删除一个信号量,OSSemDel（）
删除一个信号量,OSSemDel（）
OS_EVENT*OSSemDel（OS_EVENT*pevent,INT8Uopt,INT8U*err）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
BOOLEANtasks_waiting;
if（OSIntNesting>0）{
*err=OS_ERR_DEL_ISR;
return（pevent）;;
}
#ifOS_ARG_CHK_EN>0
if（pevent==（OS_EVENT*）0）{
*err=OS_ERR_PEVENT_NULL;
return（pevent）;
}
if（pevent->OSEventType!
=OS_EVENT_TYPE_SEM）{
*err=OS_ERR_EVENT_TYPE;
return（pevent）;
}
#endif
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（pevent->OSEventGrp!
=0x00）{
tasks_waiting=TRUE;
}else{
tasks_waiting=FALSE;
}
switch（opt）{
caseOS_DEL_NO_PEND:
if（tasks_waiting==FALSE）{
pevent->OSEventType=OS_EVENT_TYPE_UNUSED;
pevent->OSEventPtr=OSEventFreeList;
OSEventFreeList=pevent;
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_NO_ERR;
return（（OS_EVENT*）0）;
}
else{
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_ERR_TASK_WAITING;
return（pevent）;
}
caseOS_DEL_ALWAYS:
while（pevent->OSEventGrp!
=0x00）{
OS_EventTaskRdy（pevent,（void*）0,OS_STAT_SEM）;
}
pevent->OSEventType=OS_EVENT_TYPE_UNUSED;
pevent->OSEventPtr=OSEventFreeList;
OSEventFreeList=pevent;
OS_EXIT_CRITICAL（）;
if（tasks_waiting==TRUE）{
OS_Sched（）;
}
*err=OS_NO_ERR;
return（（OS_EVENT*）0）;
default:
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_ERR_INVALID_OPT;
return（pevent）;
}
}
7.02等待一个信号量,OSSemPend（）
程序清单L7.10是OSSemPend（）函数的源代码。
它首先检查指针pevent所指的任务控制块是否是由OSSemCreate（）建立的[L7.10
（1）]。
如果信号量当前是可用的（信号量的计数值大于0）[L7.10
（2）]，将信号量的计数值减1[L7.10（3）]，然后函数将“无错”错误代码返回给它的调用函数。
显然，如果正在等待信号量，这时的输出正是我们所希望的，也是运行OSSemPend（）函数最快的路径。
如果此时信号量无效（计数器的值是0），OSSemPend（）函数要进一步检查它的调用函数是不是中断服务子程序[L7.10（4）]。
在正常情况下，中断服务子程序是不会调用OSSemPend（）函数的。
这里加入这些代码，只是为了以防万一。
当然，在信号量有效的情况下，即使是中断服务子程序调用的OSSemPend（），函数也会成功返回，不会出任何错误。
如果信号量的计数值为0，而OSSemPend（）函数又不是由中断服务子程序调用的，则调用OSSemPend（）函数的任务要进入睡眠状态，等待另一个任务（或者中断服务子程序）发出该信号量（见下节）。
OSSemPend（）允许用户定义一个最长等待时间作为它的参数，这样可以避免该任务无休止地等待下去。
如果该参数值是一个大于0的值，那么该任务将一直等到信号有效或者等待超时。
如果该参数值为0，该任务将一直等待下去。
OSSemPend（）函数通过将任务控制块中的状态标志.OSTCBStat置1，把任务置于睡眠状态[L7.10（5）]，等待时间也同时置入任务控制块中[L7.10（6）]，该值在OSTimeTick（）函数中被逐次递减。
注意，OSTimeTick（）函数对每个任务的任务控制块的.OSTCBDly域做递减操作（只要该域不为0）[见3.10节，时钟节拍]。
真正将任务置入睡眠状态的操作在OSEventTaskWait（）函数中执行[见7.03节，让一个任务等待某个事件，OSEventTaskWait（）][L7.10（7）]。
因为当前任务已经不是就绪态了，所以任务调度函数将下一个最高优先级的任务调入，准备运行[L7.10（8）]。
当信号量有效或者等待时间到后，调用OSSemPend（）函数的任务将再一次成为最高优先级任务。
这时OSSched（）函数返回。
这之后，OSSemPend（）要检查任务控制块中的状态标志，看该任务是否仍处于等待信号量的状态[L7.10（9）]。
如果是，说明该任务还没有被OSSemPost（）函数发出的信号量唤醒。
事实上，该任务是因为等待超时而由TimeTick（）函数把它置为就绪状态的。
这种情况下，OSSemPend（）函数调用OSEventTO（）函数将任务从等待任务列表中删除[L7.10（10）]，并返回给它的调用任务一个“超时”的错误代码。
如果任务的任务控制块中的OS_STAT_SEM标志位没有置位，就认为调用OSSemPend（）的任务已经得到了该信号量，将指向信号量ECB的指针从该任务的任务控制块中删除，并返回给调用函数一个“无错”的错误代码[L7.10（11）]。
程序清单L7.10等待一个信号量
voidOSSemPend（OS_EVENT*pevent,INT16Utimeout,INT8U*err）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
if（OSIntNesting>0）{
*err=OS_ERR_PEND_ISR;
return;
}
#ifOS_ARG_CHK_EN>0
if（pevent==（OS_EVENT*）0）{
*err=OS_ERR_PEVENT_NULL;
return;
}
if（pevent->OSEventType!
=OS_EVENT_TYPE_SEM）{
*err=OS_ERR_EVENT_TYPE;
return;
}
#endif
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（pevent->OSEventCnt>0）{
（2）
pevent->OSEventCnt--;（3）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_NO_ERR;
}elseif（OSIntNesting>0）{（4）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_ERR_PEND_ISR;
}else{
OSTCBCur->OSTCBStat|=OS_STAT_SEM;（5）
OSTCBCur->OSTCBDly=timeout;（6）
OSEventTaskWait（pevent）;（7）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
OSSched（）;（8）
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（OSTCBCur->OSTCBStat&OS_STAT_SEM）{（9）
OSEventTO（pevent）;（10）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_TIMEOUT;
}else{
OSTCBCur->OSTCBEventPtr=（OS_EVENT*）0;（11）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
*err=OS_NO_ERR;
}
}
}
7.03发出一个信号量,OSSemPost（）
程序清单L7.11是OSSemPost（）函数的源代码。
它首先检查参数指针pevent指向的任务控制块是否是OSSemCreate（）函数建立的[L7.11
（1）]，接着检查是否有任务在等待该信号量[L7.11
（2）]。
如果该任务控制块中的.OSEventGrp域不是0，说明有任务正在等待该信号量。
这时，就要调用函数OSEventTaskRdy（）[见7.02节，使一个任务进入就绪状态，OSEventTaskRdy（）]，把其中的最高优先级任务从等待任务列表中删除[L7.11（3）]并使它进入就绪状态。
然后，调用OSSched（）任务调度函数检查该任务是否是系统中的最高优先级的就绪任务[L7.11（4）]。
如果是，这时就要进行任务切换[当OSSemPost（）函数是在任务中调用的]，准备执行该就绪任务。
如果不是，OSSched（）直接返回，调用OSSemPost（）的任务得以继续执行。
如果这时没有任务在等待该信号量，该信号量的计数值就简单地加1[L7.11（5）]。
上面是由任务调用OSSemPost（）时的情况。
当中断服务子程序调用该函数时，不会发生上面的任务切换。
如果需要，任务切换要等到中断嵌套的最外层中断服务子程序调用OSIntExit（）函数后才能进行（见3.09节，µC/OS-II中的中断）。
程序清单L7.11发出一个信号量
INT8UOSSemPost（OS_EVENT*pevent）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
#ifOS_ARG_CHK_EN>0
if（pevent==（OS_EVENT*）0）{
return（OS_ERR_PEVENT_NULL）;
}
if（pevent->OSEventType!
=OS_EVENT_TYPE_SEM）{
return（OS_ERR_EVENT_TYPE）;
}
#endif
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（pevent->OSEventGrp）{
（2）
OSEventTaskRdy（pevent,（void*）0,OS_STAT_SEM）;（3）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
OSSched（）;（4）
return（OS_NO_ERR）;
}else{
if（pevent->OSEventCnt<65535）{
pevent->OSEventCnt++;（5）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_NO_ERR）;
}else{
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_SEM_OVF）;
}
}
}
7.04无等待地请求一个信号量,OSSemAccept（）
当一个任务请求一个信号量时，如果该信号量暂时无效，也可以让该任务简单地返回，而不是进入睡眠等待状态。
这种情况下的操作是由OSSemAccept（）函数完成的，其源代码见程序清单L7.12。
该函数在最开始也是检查参数指针pevent指向的事件控制块是否是由OSSemCreate（）函数建立的[L7.12
（1）]，接着从该信号量的事件控制块中取出当前计数值[L7.12
（2）]，并检查该信号量是否有效（计数值是否为非0值）[L7.12（3）]。
如果有效，则将信号量的计数值减1[L7.12（4）]，然后将信号量的原有计数值返回给调用函数[L7.12（5）]。
调用函数需要对该返回值进行检查。
如果该值是0，说明该信号量无效。
如果该值大于0，说明该信号量有效，同时该值也暗示着该信号量当前可用的资源数。
应该注意的是，这些可用资源中，已经被该调用函数自身占用了一个（该计数值已经被减1）。
中断服务子程序要请求信号量时，只能用OSSemAccept（）而不能用OSSemPend（），因为中断服务子程序是不允许等待的。
程序清单L7.12无等待地请求一个信号量
INT16UOSSemAccept（OS_EVENT*pevent）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
INT16Ucnt;
#ifOS_ARG_CHK_EN>0
if（pevent==（OS_EVENT*）0）{
*err=OS_ERR_PEVENT_NULL;
return;
}
if（pevent->OSEventType!
=OS_EVENT_TYPE_SEM）{
*err=OS_ERR_EVENT_TYPE;
return;
}
#endif
OS_ENTER_CRITICAL（）;
cnt=pevent->OSEventCnt;
（2）
if（cnt>0）{（3）
pevent->OSEventCnt--;（4）
}
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（cnt）;（5）
}
7.05查询一个信号量的当前状态,OSSemQuery（）
在应用程序中，用户随时可以调用函数OSSemQuery（）[程序清单L7.13]来查询一个信号量的当前状态。
该函数有两个参数：
一个是指向信号量对应事件控制块的指针pevent。
该指针是在生产信号量时，由OSSemCreate（）函数返回的；另一个是指向用于记录信号量信息的数据结构OS_SEM_DATA（见uCOS_II.H）的指针pdata。
因此，调用该函数前，用户必须先定义该结构变量，用于存储信号量的有关信息。
在这里，之所以使用一个新的数据结构的原因在于，调用函数应该只关心那些和特定信号量有关的信息，而不是象OS_EVENT数据结构包含的很全面的信息。
该数据结构只包含信号量计数值.OSCnt和等待任务列表.OSEventTbl[]、.OSEventGrp，而OS_EVENT中还包含了另外的两个域.OSEventType和.OSEventPtr。
和其它与信号量有关的函数一样，OSSemQuery（）也是先检查pevent指向的事件控制块是否是OSSemCreate（）产生的[L7.13
（1）]，然后将等待任务列表[L7.13
（2）]和计数值[L7.13（3）]从OS_EVENT结构拷贝到OS_SEM_DATA结构变量中去。
程序清单L7.13查询一个信号量的状态
INT8UOSSemQuery（OS_EVENT*pevent,OS_SEM_DATA*pdata）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SRcpu_sr;
#endif
INT8Ui;
INT8U*psrc;
INT8U*pdest;
#ifOS_ARG_CHK_EN>0
if（pevent==（OS_EVENT*）0）{
*err=OS_ERR_PEVENT_NULL;
return;
}
if（pevent->OSEventType!
=OS_EVENT_TYPE_SEM）{
*err=OS_ERR_EVENT_TYPE;
return;
}
#endif
OS_ENTER_CRITICAL（）;
pdata->OSEventGrp=pevent->OSEventGrp;
psrc=&pevent->OSEventTbl[0];
pdest=&pdata->OSEventTbl[0];
for（i=0;i*pdest++=*psrc++;
}
pdata->OSCnt=pevent->OSEventCnt;（3）
OS_EXIT_CRITICAL（）;
return（OS_NO_ERR）;
}
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