liteos信号量(八)

1.概述1.1基本概念信号量(Semaphore)是一种实现任务间通信的机制,实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。常用于协助一组相互竞争的任务来访问临界资源。在多任务系统中,各任务之间需要同步或互斥实现临界资源的保护,信号量功能可以为用户提供这方面的支持。通常一个信号量的计数值用于对应有效的资源数,表示剩下的可被占用的互斥资源数。其值的含义分两种情况:0,表示没有积累下来的Post操作,且有可能...

liteos信号量(八)

1. 概述

1.1 基本概念

信号量(Semaphore)是一种实现任务间通信的机制,实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。常用于协助一组相互竞争的任务来访问临界资源。

在多任务系统中,各任务之间需要同步或互斥实现临界资源的保护,信号量功能可以为用户提供这方面的支持。

通常一个信号量的计数值用于对应有效的资源数,表示剩下的可被占用的互斥资源数。其值的含义分两种情况:

  • 0,表示没有积累下来的Post操作,且有可能有在此信号量上阻塞的任务。
  • 正值,表示有一个或多个Post下来的释放操作。

以同步为目的的信号量和以互斥为目的的信号量在使用有如下不同:

  • 用作互斥时,信号量创建后记数是满的,在需要使用临界资源时,先取信号量,使其变空,这样其他任务需要使用临界资源时就会因为无法取到信号量而阻塞,从而保证了临界资源的安全。
  • 用作同步时,信号量在创建后被置为空,任务1取信号量而阻塞,任务2在某种条件发生后,释放信号量,于是任务1得以进入READY或RUNNING态,从而达到了两个任务间的同步。

1.2 运作机制

1.2.1 信号量控制块

/*** @ingroup los_sem* Semaphore control structure.*/typedef struct{ UINT8 usSemStat; /**是否使用标志位*/ UINT16 uwSemCount; /**信号量索引号*/ UINT32 usSemID; /**信号量计数*/ LOS_DL_LIST stSemList; /**挂接阻塞于该信号量的任务*/}SEM_CB_S;

1.2.2 信号量运作原理

信号量初始化,为配置的N个信号量申请内存(N值可以由用户自行配置,受内存限制,详见第十章 配置参考),并把所有的信号量初始化成未使用,并加入到未使用链表中供系统使用。

信号量创建,从未使用的信号量链表中获取一个信号量资源,并设定初值。

信号量申请,若其计数器值大于0,则直接减1返回成功。否则任务阻塞,等待其它任务释放该信号量,等待的超时时间可设定。当任务被一个信号量阻塞时,将该任务挂到信号量等待任务队列的队尾。

信号量释放,若没有任务等待该信号量,则直接将计数器加1返回。否则唤醒该信号量等待任务队列上的第一个任务。

信号量删除,将正在使用的信号量置为未使用信号量,并挂回到未使用链表。

信号量允许多个任务在同一时刻访问同一资源,但会限制同一时刻访问此资源的最大任务数目。访问同一资源的任务数达到该资源的最大数量时,会阻塞其他试图获取该资源的任务,直到有任务释放该信号量。

2. 开发指导

2.1 使用场景

信号量是一种非常灵活的同步方式,可以运用在多种场合中,实现锁、同步、资源计数等功能,也能方便的用于任务与任务,中断与任务的同步中。

2.2 功能

Huawei LiteOS 系统中的信号量模块为用户提供下面几种功能。

功能分类接口名描述
信号量的创建和删除LOS_SemCreate创建信号量
-LOS_SemDelete删除指定的信号量
信号量的申请和释放LOS_SemPend申请指定的信号量
-LOS_SemPost释放指定的信号量

2.3 开发流程

信号量的开发典型流程:

  1. 创建信号量LOS_SemCreate。
  2. 申请信号量LOS_SemPend。
    信号量有三种申请模式:无阻塞模式、永久阻塞模式、定时阻塞模式
  • 无阻塞模式:任务需要申请信号量,若当前信号量的任务数没有到信号量设定的上限,则申请成功。否则,立即返回申请失败
  • 永久阻塞模式:任务需要申请信号量,若当前信号量的任务数没有到信号量设定的上限,则申请成功。否则,该任务进入阻塞态,系统切换到就绪任务中优先级最高者继续执行。任务进入阻塞态后,直到有其他任务释放该信号量,阻塞任务才会重新得以执行
  • 定时阻塞模式:任务需要申请信号量,若当前信号量的任务数没有到信号量设定的上限,则申请成功。否则,该任务进入阻塞态,系统切换到就绪任务中优先级最高者继续执行。任务进入阻塞态后,指定时间超时前有其他任务释放该信号量,或者用户指定时间超时后,阻塞任务才会重新得以执行
  1. 释放信号量LOS_SemPost。
  • 如果有任务阻塞于指定信号量,则唤醒该信号量阻塞队列上的第一个任务。该任务进入就绪态,并进行调度
  • 如果没有任务阻塞于指定信号量,释放信号量成功
  1. 删除信号量LOS_SemDelet

2.4 信号量错误码

对可能导致信号量操作失败的情况,包括创建信号量、申请信号量、释放信号量、删除信号量等,均需要返回对应的错误码,以便快速定位错误原因。

序 号定义实际数值描述参考解决方案
1LOS_ERRNO_SEM_NO_MEMORY0x02000700内存空间不足分配更大的内存分区
2LOS_ERRNO_SEM_INVALID0x02000701非法传参改变传数为合法值
3LOS_ERRNO_SEM_PTR_NULL0x02000702传入空指针传入合法指针
4LOS_ERRNO_SEM_ALL_BUSY0x02000703信号量控制块不可用释放资源信号量资源
5LOS_ERRNO_SEM_UNAVAILABLE0x02000704定时时间非法传入正确的定时时间
6LOS_ERRNO_SEM_PEND_INTERR0x02000705中断期间非法调用LOS_SemPend中断期间禁止调用LOS_SemPend
7LOS_ERRNO_SEM_PEND_IN_LOCK0x02000706任务被锁,无法获得信号量在任务被锁时,不能调用LOS_SemPend
8LOS_ERRNO_SEM_TIMEOUT0x02000707获取信号量时间超时将时间设置在合理范围内

错误码定义:错误码是一个32位的存储单元, 31~24位表示错误等级, 23~16位表示错误码标志, 15~8位代表错误码所属模块, 7~0位表示错误码序号,如下

#define LOS_ERRNO_OS_NORMAL(MID,ERRNO) \(LOS_ERRTYPE_NORMAL | LOS_ERRNO_OS_ID | ((UINT32)(MID) << 8) | (ERRNO))LOS_ERRTYPE_NORMAL :Define the error level as criticalLOS_ERRNO_OS_ID :OS error code flag.MID:OS_MOUDLE_IDERRNO:error ID number

例如:

LOS_ERRNO_SEM_NO_MEMORY LOS_ERRNO_OS_ERROR(LOS_MOD_SEM, 0x00))

2.5 平台差异性

2.6 注意事项

  • 由于中断不能被阻塞,因此在申请信号量时,阻塞模式不能在中断中使用。

3. 编程实例

3.1 实例描述

本实例实现如下功能;

  1. 测试任务Example_TaskEntry创建一个信号量,锁任务调度,创建两个任务Example_SemTask1、 Example_SemTask2,Example_SemTask2优先级高于Example_SemTask1,两个任务中申请同一信号量,解锁任务调度后两任务阻塞,测试任务Example_TaskEntry释放信号量。
  2. Example_SemTask2得到信号量,被调度,然后任务休眠20Tick,Example_SemTask2延迟, Example_SemTask1被唤醒。
  3. Example_SemTask1定时阻塞模式申请信号量,等待时间为10Tick,因信号量仍被Example_SemTask2持有, Example_SemTask1挂起, 10Tick后仍未得到信号量,Example_SemTask1被唤醒,试图以永久阻塞模式申请信号量, Example_SemTask1挂起。
  4. 20Tick后Example_SemTask2唤醒, 释放信号量后, Example_SemTask1得到信号量被调度运行,最后释放信号量。
  5. Example_SemTask1执行完, 40Tick后任务Example_TaskEntry被唤醒,执行删除信号量,删除两个任务。

3.2 编程示例

前提条件:

  • 在los_config.h中,将LOSCFG_BASE_IPC_SEM配置为YES。
  • 配置用户定义的LOSCFG_BASE_IPC_SEM_LIMIT最大的信号量数,如1024。

代码实现如下

#include “los_sem.h“/*任务PID*/static UINT32 g_TestTaskID01,g_TestTaskID02;/*测试任务优先级*/#define TASK_PRIO_TEST 5/*信号量结构体ID*/static SEM_HANDLE_T g_usSemID;VOID Example_SemTask1(void){ UINT32 uwRet; printf(“Example_SemTask1 try get sem g_usSemID ,timeout 10 ticks.\n“); /*定时阻塞模式申请信号量,定时时间为10Tick*/ uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, 10); /*申请到信号量*/ if(LOS_OK == uwRet) {  LOS_SemPost(g_usSemID);  return; } /*定时时间到,未申请到信号量*/ if(LOS_ERRNO_SEM_TIMEOUT == uwRet) {  printf(“Example_SemTask1 timeout and try get sem g_usSemID wait forever.\n“);  /*永久阻塞模式申请信号量*/  uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, LOS_WAIT_FOREVER);  printf(“Example_SemTask1 wait_forever and get sem g_usSemID .\n“);  if(LOS_OK == uwRet)  {LOS_SemPost(g_usSemID);return;  } } return;}VOID Example_SemTask2(void){ UINT32 uwRet; printf(“Example_SemTask2 try get sem g_usSemID wait forever.\n“); /*永久阻塞模式申请信号量*/ uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, LOS_WAIT_FOREVER); if(LOS_OK == uwRet)  printf(“Example_SemTask2 get sem g_usSemID and then delay 20ticks .\n“);  /*任务休眠20 Tick*/  LOS_TaskDelay(20);  printf(“Example_SemTask2 post sem g_usSemID .\n“);  /*释放信号量*/  LOS_SemPost(g_usSemID);  return;}UINT32 Example_TaskEntry(){ UINT32 uwRet; TSK_INIT_PARAM_S stTask1; TSK_INIT_PARAM_S stTask2; /*创建信号量*/ LOS_SemCreate(0,&g_usSemID); /*锁任务调度*/ LOS_TaskLock(); /*创建任务1*/ memset(&stTask1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S)); stTask1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_SemTask1; stTask1.pcName = “MutexTsk1“; stTask1.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; stTask1.usTaskPrio = TASK_PRIO_TEST; uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID01, &stTask1); if(uwRet != LOS_OK) {  printf(“task1 create failed .\n“);  return LOS_NOK; } /*创建任务2*/ memset(&stTask2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S)); stTask2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_SemTask2; stTask2.pcName = “MutexTsk2“; stTask2.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; stTask2.usTaskPrio = (TASK_PRIO_TEST - 1); uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID02, &stTask2); if(uwRet != LOS_OK) {  printf(“task2 create failed .\n“);  return LOS_NOK; } /*解锁任务调度*/ LOS_TaskUnlock(); uwRet = LOS_SemPost(g_usSemID); /*任务休眠40 Tick*/ LOS_TaskDelay(40); /*删除信号量*/ LOS_SemDelete(g_usSemID); /*删除任务1*/ uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID01); if(uwRet != LOS_OK) {  
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