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本章节开始讲解RTX的另一个重要的任务间的同步和资源共享机制,信号量。 本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407。 14.1 信号量 14.2 信号量API函数 14.3 实验例程说明(任务间通信) 14.4 实验例程说明(中断方式通信) 14.5 总结 14.1 信号量 14.1.1 信号量的概念及其作用 信号量(semaphores)是20世纪60年代中期EdgserDijkstra发明的。使用信号量的最初目的是为了给共享资源建立一个标志,该标志表示该共享资源被占用情况。这样,当一个任务在访问共享资源之前,就可以先对这个标志进行查询,从而在了解资源被占用的情况之后,再来决定自己的行为。 实际的应用中,信号量的作用又该如何体现呢?比如有个30人的电脑机房,我们就可以创建信号量的初始化值是30,表示30个可用资源,不理解的初学者表示信号量还有初始值?是的,信号量说白了就是共享资源的数量。另外我们要求一个同学使用一台电脑,这样每有一个同学使用一台电脑,那么信号量的数值就减一,直到30台电脑都被占用,此时信号量的数值就是0。如果此时还有几个同学没有电脑可以使用,那么这几个同学就得等待,直到有同学离开,有一个同学离开,那么信号量的数值就加1,有两个就加2,依次类推。刚才没有电脑用的同学此时就有电脑可以用了,有几个同学用,信号量就减几,直到再次没有电脑可以用,这么一个过程就是使用信号量来管理共享资源的过程。 平时使用信号量主要实现以下两个功能: u 两个任务或者中断函数跟任务之间的同步功能,这个和上章节讲解的事件标志组是类似的。其实就是共享资源为1的时候。 u 多个共享资源的管理,就像上面举的机房上机的例子。 实际上信号量还有很多其它用法,而且极具挑战性,可以大大的开拓大家的视野,有兴趣的同学可以阅读一下《The Little Book Of Semaphores》,作者是Allen B.Downy。 |
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定时器中断回调函数中发送信号量同步信号:
定时器中断的初始化和中断函数在bsp_timer.c文件中实现,这个不是教程的重点,故不作介绍。这里主要关心RTX的信号量函数在中断服务程序中的使用方法。 复制代码 /* /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM_CallBack1 * 功能说明: 定时器中断的回调函数,此函数被bsp_StartHardTimer所调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void TIM_CallBack1(void) { /* 发送信号量同步信号 */ isr_sem_send (&semaphore); } |
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14.4.2 STM32F407开发板实验
配套例子: V5-412_RTX实验_信号量(中断方式) 实验目的: 1. 学习RTX的信号量(中断方式) 实验内容: 1. K1按键按下,串口打印。 2. K2键按下,启动单次定时器中断,50ms后在定时器中断给任务AppTaskMsgPro发送信号量同步信号。任务AppTaskMsgPro接收到消息后进行消息处理。 3. 各个任务实现的功能如下: AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,等待定时器中断发来的信号量同步信号。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 |
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RTX配置:
RTX配置向导详情如下: u Task Configuration l Number of concurrent running tasks 允许创建4个任务,实际创建了如下四个任务 AppTaskUserIF任务 :按键消息处理。 AppTaskLED任务 :LED闪烁。 AppTaskMsgPro任务 :消息处理,等待定时器中断发来的信号量同步信号。 AppTaskStart任务 :启动任务,也是最高优先级任务,这里实现按键扫描。 l Number of tasks with user-provided stack 创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。 |
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程序设计:
u 任务栈大小分配: staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8]; /* 任务栈 */ staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8]; /* 任务栈 */ 将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的,8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话,部分C语言库函数,浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。 u 系统栈大小分配: |
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RTX初始化:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: 标准c程序入口。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ int main (void) { /* 初始化外设 */ bsp_Init(); /* 创建启动任务 */ os_sys_init_user (AppTaskStart, /* 任务函数 */ 4, /* 任务优先级 */ &AppTaskStartStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ while(1); } |
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RTX任务创建:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskCreate * 功能说明: 创建应用任务 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppTaskCreate (void) { HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF, /* 任务函数 */ 1, /* 任务优先级 */ &AppTaskUserIFStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED, /* 任务函数 */ 2, /* 任务优先级 */ &AppTaskLEDStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskLEDStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro, /* 任务函数 */ 3, /* 任务优先级 */ &AppTaskMsgProStk, /* 任务栈 */ sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小,单位字节数 */ } |
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创建信号量:
复制代码 static OS_SEM semaphore; /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppObjCreate * 功能说明: 创建任务通信机制 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppObjCreate (void) { /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */ os_sem_init (semaphore, 0); } |
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定时器中断回调函数中发送信号量同步信号:
定时器中断的初始化和中断函数在bsp_timer.c文件中实现,这个不是教程的重点,故不作介绍。这里主要关心RTX的信号量函数在中断服务程序中的使用方法。 复制代码 /* /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM_CallBack1 * 功能说明: 定时器中断的回调函数,此函数被bsp_StartHardTimer所调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void TIM_CallBack1(void) { /* 发送信号量同步信号 */ isr_sem_send (&semaphore); } |
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14.5 总结
本章节主要为大家讲解了另一个重要的任务间的同步和资源共享机制信号量,建议初学者务必将其掌握,因为实际项目中用到信号量的地方很多。 |
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