嵌入式实时操作系统的设计与开发（信号量学习）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了嵌入式实时操作系统的设计与开发（信号量学习）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

信号量

除了临界点机制、互斥量机制可实现临界资源的互斥访问外，信号量（Semaphore）是另一选择。

信号量与互斥量的区别

对于互斥量来说，主要应用于临界资源的互斥访问，并且能够有效地避免优先级反转问题。
对于信号量而言，它虽然也能用于临界资源的互斥访问，但是不能处理优先级反转问题。

也正因为信号量没有考虑优先级反转问题，所以相对于互斥量来说是一种轻量级的实现方式，比互斥量耗费更少的CPU资源。
此外，信号量除了用于互斥，还可以用于处理不同线程之间的同步问题，而互斥量却不行。

针对上述情况，有三种类型的信号量，按照功能来分，可以分为线程对临界资源互斥访问的互斥信号量、用于线程间同步的信号量、控制系统中临界资源的多个实例使用的计数信号量。

用于同步的信号量其初始值在创建信号量时设置为0，表示同步事件尚未发生。
临界资源互斥的信号量初始值为1，表明当前没有任务获取该信号量。
用于控制系统中临界资源的多个实例使用的计数信号量其初始值为n，表明需要管理的实例个数最大数为n，这样的信号量也称为计数信号量。

以下例子，通过一个计数信号量和互斥信号量实现对一个有界缓冲使用的控制，这就是“生产者与消费者”问题。

计数信号量FULL表示已经被填充了的数据项目。
计数信号量EMPTY表示空闲数据项数目。
以上的取值范围均为（0,n-1）,其初始值分别为0，n-1。
由于有界缓冲区是共享资源，还需要一个互斥信号量MUTEX控制生产者线程与消费者线程对它的互斥访问，其初始值为1。

创建信号量

acoral_evt_t *acoral_sem_create(unsigned int semNum)
{
	acoral_evt_t *evt;
	evt = acoral_alloc_evt();
	if (NULL == evt)
	{
		return NULL;
	}
	semNum = 1 - semNum;
	evt->count = semNum;
	evt->type = ACORAL_EVENT_SEM;
	evt->data = NULL;
	acoral_evt_init(evt);
	return evt;
}

初始化信号量。当静态定义信号量而不是采用指针形式定义时，内存空间已经在定义时分配，此时应当调用初始化函数acoral_sem_init()对定义过的信号量进行初始化。

aCoralSemRetValEnum acoral_sem_init(acoral_evt_t *evt,unsigned int semNum)
{
	if(NULL == evt)
	{
		return SEM_ERR_NULL;
	}
	semNum = 1 - semNum;
	evt->count = semNum;
	evt->type = ACORAL_EVENT_SEM;
	evt->data = NULL;
	acoral_evt_init(evt);
	return SEM_SUCCED;
}

与互斥量初始化类似，就是为acoral_evt_t各个成员赋值。
这里需要提及的是count初始化，从传入的参数semNum可知，该变量用来表示当前信号量所控制的临界资源的实例的数量，但在具体实现时，并不是和大家想象的数字一样，如1代表有1个资源，2代表有2个资源…
在实现时，实例数量是用“1-semNum”来表示的，此时0代表有1个资源，-1代表有两个资源，1代表已经没有资源，且有1个线程在等待该资源实例。

申请信号量。申请信号量时需要传入两个参数：先前创建的信号量的地址，超时处理的时间。

acoralSemRetValEnum acoral_sem_pend(acoral_evt_t *evt, unsigned int timeout)
{
	acoral_thread_t *cur = acoral_cur_thread;
	if(acoral_intr_nesting)
	{
		return SEM_ERR_INTR;
	}
	if(NULL == evt)
	{
		return SEM_ERR_NULL;
	}
	if(ACORAL_EVENT_SEM != evt->type)
	{
		return SEM_ERR_TYPE;
	}

	//计算信号量处理
	acoral_enter_critical();
	/*判断是否还有可用资源，从前面的介绍可知，这里的SEM_RES_AVAI其实就是0，如果count数目小于等于0，代表有资源实例。如果count大于0，代表在等待的有多少个线程。如果有可用的资源实例，让count的数目加一后退出，表示成功申请信号量。*/
	if((char)evt->count <= SEM_RES_AVAI)
	{
		evt->count++;
		acoral_exit_critical();
		return SEM_SUCCED;
	}
	//如果无可用的资源实例，让count的数目加一后，再将自身挂起，重新调度线程
	evt->count++;
	acoral_unrdy_thread(cur);
	if(timeout > 0)
	{
		cur->delay = TIME_TO_TICKS(timeout);
		timeout_queue_add(cur);
	}
	acoral_evt_queue_add(evt, cur);
	acoral_exit_critical();
	acoral_sched();
	acoral_enter_critical();

	//如果某个线程等待某个资源实例而又无法获取，它将被挂起，而若它希望被挂起的时间小于一个设定值timeout，还需将TCB的成员更新为timeout，并挂载到延迟队列中，如果延迟时间到，将进行相应处理
	if(timeout > 0 && cur->Delay <= 0)
	{
		evt->count--;
		acoral_evt_queue_Del(cur);
		acoral_exit_critical();
		return SEM_ERR_TIMEOUT;
	}
	timeout_queue_del(cur);
	acoral_exit_critical();
	return SEM_SUCCED;
}

释放信号量

acoralSemRetValEnum acoral_sem_post(acoral_evt_t *evt)
{
	acoral_thread_t *thread;

	/* 参数检测*/
	if (NULL == evt)
	{
		return SEM_ERR_NULL; /* error*/
	}
	if (ACORAL_EVENT_SEM != evt->type)
	{
		return SEM_ERR_TYPE;
	}

	acoral_enter_critical();
	if((char)evt->count <= SEM_RES_NOVAI)
	{
		evt->count--;
		acoral_exit_critical();
		return SEM_SUCCED;
	}
	evt->count--;
	thread = acoral_evt_high_thread(evt);
	if(thread == NULL)
	{
		acoral_print("Err Sem post\n");
		acoral_Exit_critical();
		return SEM_ERR_UNDEF;
	}
	timeout_queue_del(thread);
	acoral_evt_queue_del(thread);
	acoral_rdy_thread(thread);
	acoral_exit_critical();
	acoral_sched();
	return SEM_SUCCED;
}