【原创】ucos信号量的操作及原理

信号量的操作及原理

 

1.OSSemCreate创建信号量semaphore

    在使用信号量之前，要先用OSSemCreate创建一个信号量，并通过返回的合法事件结构体指针使用信号量。

1. OS_EVENT *OSSemCreate(INT16U cnt)
2. {
3. #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 /* 原理请查看http://blog.csdn.net/liuhui_8989/article/details/8783323 */
4. OS_CPU_SR cpu_sr;
5. #endif
6. OS_EVENT *pevent;
9. if(OSIntNesting>0){/* 不能在中断内创建信号量 */
10. return((OS_EVENT *)0);/* 直接返回0 */
11. }
12. OS_ENTER_CRITICAL();
13. pevent =OSEventFreeList;/* 获取空闲的事件控制块 */
14. if(OSEventFreeList!=(OS_EVENT *)0){/* 将OSEventFreeList指向下一个事件控制块 */
15. OSEventFreeList=(OS_EVENT *)OSEventFreeList->OSEventPtr;
16. }
17. OS_EXIT_CRITICAL();
18. if(pevent !=(OS_EVENT *)0){/* Get an event control block */
19. pevent->OSEventType= OS_EVENT_TYPE_SEM;
20. pevent->OSEventCnt= cnt;/* 设置计数器的初值 */
21. pevent->OSEventPtr=(void*)0;/* Unlink from ECB free list */
22. OS_EventWaitListInit(pevent);/* 初始化事件控制块中任务等待表为0 */
23. }
24. return(pevent);
25. }

    简而言之，如果没有了空闲的事件控制块或者是在中断内创建信号里，则返回无效的事件控制块0；否则返回类型为信号量，任务等待表OSEventGrp和OSEventTbl[]为0，且已设置了计数器初值的事件控制块指针。这样便成功地创建了一个信号量。这里要注意，使用OSSemCreate函数返回的指针前，要检验是否为有效的指针。

    cnt的值至少为0。

    创建了信号量之后，便可以对信号量进行如下操作了，申请、释放、删除、查询信号量。

 

2. 信号量的申请和释放

1. 申请：voidOSSemPend(OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)
2. 释放：INT8U OSSemPost(OS_EVENT *pevent)

    OSSemPend函数有三个参数，

    第一个是一个指向事件控制块的指针，该值为OSSemCreate返回值。

    第二个是一个等待时间值（至少为0），如果信号量目前被占用，则无法立即申请到信号量，调用该函数的任务将被挂起，如果等待时间值为0，则一直被挂起直到信号量被释放为止（OSSemPost能够在释放信号量的同时，恢复等待信号量的任务），如果等待时间值大于0，则在超时时间过后，由OSTineTick恢复为就绪状态的任务。

    第三个为一个指向错误代码的指针，该值作为函数返回值使用。

    OS_NO_ERR                       函数调用成功，获得了信号量。

    OS_TIMEOUT                     在规定的时间内没有申请到信号量

    OS_ERR_EVENT_TYPE       事件类型错误，不是信号量

    OS_ERR_PEND_ISR            不能在中断内申请信号量

    OS_ERR_PEVENT_NULL    pevent指针无效

 

下面讲解一下函数内部原理：

 

    如果信号量的计数器值大于0，则将其减1，表示又有一个任务占用，并直接返回。

    如果信号量的计数器值为0，表示信号量已被其他任务占用，此时任务控制块中的状态标志是等待信号状态以及就绪的，因为使用的是按位或操作，保留了原有的就绪状态标志。

    之后调用了OS_EventTaskWait(pevent); 此时作了3件事：

    （1）OSTCBCur->OSTCBEventPtr = pevent;将事件控制块指针保存于任务控制块中

    （2）去除任务在任务就绪表的就绪状态，注意没有包括任务控制块中的状态标志

    （3）设置事件控制块中的任务等待表

    至此任务被挂起！通过OS_Sched运行其他任务去了。

    接下来的结果取决于，信号量是否在规定的等待时间内被释放。

    在当前任务被挂起，而运行其他任务的同时，每个时钟节拍都会运行OSTimeTick中断函数，此函数会遍历所有任务，如果任务控制块中的状态标志为就绪的，且Dly等待值不为0，则将Dly减1，如果减1后刚好为0，则在任务就绪表中恢复该任务的就绪状态！

    如果该就绪状态的任务恢复运行，此时任务控制块的状态标志仍为OS_STAT_SEM，运行OS_EventTO，做的事刚好和OS_EventTaskWait相反。

    （1）OSTCBCur->OSTCBEventPtr = 0;

    （2）设置任务控制块中的状态标志为就绪状态（去除OS_STAT_SEM状态）

    （3）去除事件控制块中的任务等待表

    此时返回OS_TIMEOUT。

    但是如果在等待时间未过去，其他任务释放了信号量，OSSemPost能够在释放信号量的同时，恢复等待信号量的任务。等待信号量的任务恢复运行，此时任务控制块的状态标志不包含OS_STAT_SEM了，所以函数直接跳过第二个if语句，返回OS_NO_ERR。

 

释放信号量过程：

    函数OSSemPost在对信号量的计数器操作之前，首先检查任务等待表中是否还有其他等待该信号的任务，如果没有，就把计数器加1，如果有，则调用OS_EventTaskRdy将任务等待表中最高优先级的任务设为就绪状态，并调用OSSched调度任务。

 

3. 应用

3.1申请函数和释放函数在同一任务中成对出现

main:

pevent = OSSemCreate(1);

task1：

OSSemPend(pevent, 0, err);

....

OSSemPost(pevent);

task2：

OSSemPend(pevent, 0, err);

....

OSSemPost(pevent);

当一个任务没有释放信号量，另一个任务在申请信号量时只能挂起直到信号量释放。

3.2 应用程序中有一个函数Fun()，如果想使任务M必须经过Y任务允许才能调用函数一次，可以使用信号量

main:

pevent = OSSemCreate(0);

task1：

OSSemPend(pevent, 0, err);

Fun();

task2：

OSSemPost(pevent);

 

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