【免费】FPGAniosucos任务间通信与同步资源-CSDN文库

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实验

基于

uC/OS-

Ⅱ的任务间通信与同步实验

摘要：实验

进行了

uC/OS

任务创建的相关操作，但是没有进行任务间的通信

和协调，因此本次实验在实验

的基础上进行信号量和邮箱的重点学习和实验，

实现了通过信号量使任务达到同步和协调，形成触发机制。通过使用邮箱实现任

务间信息的传递。另外本次实验给出了简明的信号量和邮箱的使用流程和实现代

码，并进行了分析和总结。

基础知识

1.1 信号量

信号量由两部分组成：一部分是 16 位的无符号整型信号量的计数值。另一

部分是由等待该信号量的任务组成的等待任务表。

信号量用于对共享资源的访问，用钥匙符号，符号旁数字代表可用资源数，

对于二值信号量该值为 1。

信号量还可用于表示某事件的发生，用旗帜符号表示，符号旁数字代表事件

已经发生的次数。

提供服务：

OSSemCreate()，建立一个信号量，对信号量赋予初始计数值。

如信号量是用于表示一个或多个事件的发生的，其初始值通常为 0。

如信号量用于对共享资源的访问，则该值赋为 1。

如信号量用于表示允许任务访问 n 个相同的资源，则该值赋为 n，并把该信

号量作为一个可计数的信号量使用。

OSSemDel()，删除一个信号量，在删除信号量前必须首先删除操作该信号

量的所有任务。

OSSemPend()，等待一个信号量。

OSSemPost()，发出一个信号量。

OSSemAccept()，无等待地请求一个信号量。

OSSemQuery()，查询一个信号量的当前状态。

不推荐任务和中断服务子程序共享信号量，因为信号量一般用于任务级。

如果确实要在任务和中断服务子程序中传递信号量，则中断服务子程序只能

发送信号量。

OSSemDel()和 OSSemPend()服务不能被中断服务子程序调用。

图 1.1 任务、中断服务子程序和信号量之间的关系

1.2

互斥型信号量（

mutex

）

互斥型信号量用于处理共享资源。

由于终端硬件平台的某些实现特性，例如单片机管脚的复用，多个任务需要

对硬件资源进行独占式访问。所谓独占式访问，指在任意时刻只能有一个任务访

问和控制某个资源，而且必须等到该任务访问完成后释放该资源，其他任务才能

对此资源进行访问。

操作系统进行任务切换时，可能被切换的低优先级任务正在对某个共享资源

进行独占式访问，而任务切换后运行的高优先级任务需要使用此共享资源，此时

会出现优先级反转的问题。即，高优先级的任务需要等待低优先级的任务继续运

行直到释放该共享资源，高优先级的任务才可以获得共享资源继续运行。

可以在应用程序中利用互斥型信号量（mutex）解决优先级反转问题。互斥

型信号量是二值信号量。由于 uC/OS-II 不支持多任务处于同一优先级，可以把

占有 mutex 的低优先级任务的优先级提高到略高于等待 mutex 的高优先级任务的

优先级。等到低优先级任务使用完共享资源后，调用 OSMutexPost() ，将低优先

级任务的优先级恢复到原来的水平。

互斥型信号量（mutex）的操作：

建立一个互斥型信号量 OSMutexCreate (INT8U prio, INT8U *err)

等待一个互斥型信号量（挂起）

OSMutexPend (OS_EVENT * pevent, INT16U timeout, INT8U * err )

释放一个互斥型信号量 OSMutexPost (OS_EVENT * pevent)

互斥型信号量应用：优先级反转问题。

优先级反转问题发生于高优先级的任务需要使用某共享资源，而该资源已被

一个低优先级的任务占用的情况。

为了降解优先级反转，内核可以将低优先级任务的优先级提升到高于高优先

级任务的优先级，直到低优先级的任务使用完占用的共享资源。

图 1.2 互斥信号量解决优先级翻转

优先级继承优先级 PIP（Priority Inheritance Protocol,优先级继承协议的基本

思想是当更高优先级的进程

被进程

阻塞时，

暂时继承

的优先级，这将

防止中间优先级的进程抢占进程

使高优先级进程

的阻塞时间延长），略高

于最高优先级任务的优先级。

例：

OSMutexCreate(9,&err)

。建立互斥型信号量，

为

PIP

。

其它服务：

OSMutexDel

（），删除互斥型信号量，在删除信号量之前应先删除可能用

到该信号量的所有任务。

OSMutexPend

（），等待一个互斥型信号量（挂起），定义超时值为

时则

无限期等待。

OSMutexPost

（），释放一个互斥型信号量。

OSMutexAccept

（），无等待地获取互斥型信号量（不挂起）。

OSMutexQuery

（），获取互斥型信号量的当前状态。

所有服务只能用于任务与任务之间，不能用于任务与中断服务子程序之间。

图

1.3

任务与互斥型信号量之间的关系

1.3 事件标志组( event flag)

事件标志组由 2 部分组成：一是保存各事件状态的标志位。二是等待这些标

志位置位或清除的任务列表。可以用 8 位、16 位或 32 位的序列表示事件标志组，

每一位表示一个事件的发生。

要使系统支持事件标志组功能，需要在 OS_CFG.H 文件中打开

OS_FLAG_EN 选项。

应用场合：如果一个任务需要等待多个事件的同时发生或者多个事件的中

的某个事件发生才能转为就绪态，就可以考虑事件标志组进行任务的同步通信。

操作集合：

OSFlagCreate()，建立一个事件标志组。

事件标志组数据结构包括：指针类型，等待事件标志组的任务列表，以及表

明当前事件标志状态的位。

OSFlagDel()，删除一个事件标志组，在删除事件标志组前必须首先删除操

作该事件标志组的所有任务。

OSFlagPend()，等待事件标志组的事件标志位。

OSFlagPost()，置位或清 0 事件标志组中的事件标志。

OSFlagAccept()，无等待地获得事件标志组中的事件标志，可以被 ISR 调用。

OSFlagQuery()，查询事件标志组的状态。

其中 OSFlagCreate()、OSFlagDel()、OSFlagPend()只能被任务调用，不能被

中断调用。其它服务任务和中断都可调用。

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