uCOS-II和互斥信号量.pdf

μC/OS-II是一个实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计。它提供了一种称为互斥信号量（Mutex）的机制，用于解决多任务环境中的资源竞争问题，特别是优先级反转问题。在μC/OS-II V2.04及后续版本中，引入了互斥信号量服务，以增强其调度功能。 互斥信号量，或简称为Mutex，是一种二进制信号量，它的主要功能是确保对共享资源的独占访问。与普通信号量不同，Mutex还具备防止优先级反转的特性。优先级反转是指一个低优先级任务持有高优先级任务需要的资源，导致高优先级任务被阻塞，直到低优先级任务释放资源。这会降低系统的响应性。 在μC/OS-II中，为了避免优先级反转，引入了优先级继承的概念。即使μC/OS-II不支持同一优先级上的多个任务，它也能通过预留高于最高优先级任务的优先级（例如，如果最高优先级是10，那么可以预留9作为优先级继承优先级，PIP）来实现Mutex。当一个低优先级任务获得Mutex时，它的优先级会被提升到这个预留的优先级，从而暂时与高优先级任务相当。这样，即使有更高优先级的任务等待Mutex，低优先级任务也能保持对资源的访问，直到它完成工作并释放Mutex，此时其优先级将恢复原状。 下面是一个示例来解释μC/OS-II中Mutex的工作原理： 假设有三个任务（Task #1、Task #2和Task #3）需要访问一个公共资源。Task #1优先级最高（10），Task #2次之（15），而Task #3优先级最低（20）。预留的优先级9用作PIP。每个任务在访问资源前，必须先挂起（pend）在Mutex ResourceMutex上。当Task #1获取Mutex时，它的优先级被提升到9。如果Task #2或Task #3也尝试获取Mutex，它们将被阻塞，直到Task #1完成并释放Mutex。这样，高优先级任务可以及时获得资源，避免了长时间的优先级反转。 在μC/OS-II的初始化函数main()中，会设置并启动这些任务，同时创建和初始化Mutex。每个任务在执行过程中，通过调用μC/OS-II提供的API函数来请求和释放Mutex，例如 OSTaskPend() 和 OSTaskResume()。 Mutex在μC/OS-II中的实现，是通过优先级继承策略来保证高优先级任务的响应性和系统的整体效率。这对于处理实时性要求高的嵌入式应用来说至关重要，因为它可以有效地管理资源的访问，防止任务间的相互干扰，从而提高系统的稳定性和可靠性。