嵌入式OS入门笔记

RTX的进程间通讯主要依赖于四种机制，分别是事件（Event）,互斥锁（Mutex）,旗语或信号量（Semaphore），和邮箱（Mailbox）。前三种机制侧重进程间的同步，邮箱则侧重进程间的数据通讯。上一篇讲了事件和互斥锁。这次讲一下信号量和邮箱。1.信号量（Semaphore）1.简介信号量其实是一个很抽象的操作系统原语，它最早由荷兰计算机科学家Dijkstra提出，用于解决多项资源的分配问题。实际上信号量的适用范围非常广，可以很好地解决很多问题。简单说来，信号量有三个部分，第一部分就是一个代币容器（一个整形变量），记录着可用的资源数，第二部分就是取用资源（P或者proberen，尝试的荷兰语）的操作，第三个就是还回资源（V或者verhogen，增加的荷兰语）的操作。当资源数量为0时，任何取用资源的操作都会被阻断，直到资源数量增加。刚刚接触可能会觉得跟互斥锁有点难区分，因为RTX中信号量的相关操作跟互斥锁基本一致。先看看怎么使用RTX中的信号量。类似互斥锁，首先要声明一个信号量结构体。OS_SEMsemID;然后需要初始化。os_sem_init（semID,unsignedtoken_count）;这里与互斥锁不同的是，你需要指定初始的资源数，token_count，可以是任意非负整数，如果是0，就意味着一开始没有资源可用。然后当你需要取用资源时：os_sen_wait（semID,timeout）;timeout的意义就不具体多说了，跟前面介绍的一致。如果成功取用了资源（token_count大于0），那么token_count会减一，并且返回OS_R_OK。如果token_count为0，那么就没办法取用资源，那么这个函数会返回OS_R_SEM，并且进程进入WAIT_SEM状态。当你用完了资源，需要返回资源时，（token_count增加1）：os_sem_send（semID）;和互斥锁不同的是，当前进程不需要拥有资源，也可以调用该服务，去增加资源数！该服务的中断版本：isi_sem_set（semID）;

信号量和互斥锁的区别一般的误区是，信号量用于管理多个只能独享的资源。我们重新考虑上一次提到的场景：整栋房子只有一个公共厕所（共享资源），要使用厕所就要去前台拿钥匙（互斥锁），用完厕所后需要还钥匙给前台。在这种情况下，使用互斥锁机制肯定没问题，那么使用信号量机制会有问题么？如果所有人（进程）都循规蹈矩，那没问题。但如果有人没有去厕所，但也还了一把钥匙给前台，那会发生什么事？那就会有两把钥匙，通向同一个厕所，如果当前有人在上厕所，另外一个人也想要上，前台也会给钥匙给第二个人，那么就会发生尴尬的情况。这个在使用信号量时是有可能的，因为当前进程不需要拥有资源，就能够。s_sem_send!所以哪怕在这种最简单的情况下，也是很有可能误用信号量的。复杂一点的情况，我们考虑如果有两个公共厕所，如果使用互斥锁，那就要声明并初始化两个互斥锁，分别管理两个厕所。那么使用信号量机制，初始化一个os_sem_init（toilet,2）;的信号量会不会有问题呢？如果我们不考虑有人恶意还钥匙（os_sem_send误用）的话，好像没问题，因为信号量本身就是为了这样的场景（管理多个独享资源）而设计的？实际上，一样是会有问题的，因为信号量实际上是不区分资源的，而且也不会记录资源使用的顺序。按照我们的例子，也就是说前台会有两把相同的钥匙，任一一把都可以打开两个厕所。假设第一个人去前台拿了一把钥匙，进了厕所A，然后第二个人去前台拿了第二把钥匙，实际上第二个人是无法得知，两个厕所里面有没有人，如果有，是哪一个厕所里面有人。所以，也很有可能会发生尴尬的情况。总的来说，当多个独享资源的先后顺序无关时（例如，生产者和消费者问题），使用信号量才比较合适。或者当进程本身同时是资源的占用者和释放者时，使用互斥锁：[cpp]viewplaincopyOS_MUTmutex;os_mut_init（mutex）;..::/*Task1*/os_mut_wait（mutex,0xFFFF）;//CriticalSection11.os_mut_release（mutex）;

13...15./*Task2*/os_mut_wait(mutex,0xFFFF);18.//CriticalSection20.os_mut_release(mutex);22...当资源的释放者不一定是进程的占用者时，使用信号量：[cpp]viewplaincopyOS_SEMsempahore;os_sem_init(semaphore,0);3...5./*Task1-Producer*/os_sem_wait(semaphore,0xFFFF);//Sendthesignal8...10./*Task2-Consumer*/os_sem_send(semaphore);//Waitforsignal13...几个例子信号量的用法实在是太丰富，而且很容易误用，具体可以参见信号量的用法实在是太丰富，而且很容易误用，具体可以参见《TheLittleBookofSemaphores》和RTX的官方文档，这里摘几个经典的用法（修改过）作为例子:Signaling[cpp]viewplaincopyos_semsemaphore;2.3.__taskvoidtaskl(void){os_sem_init(semaphore,0);while(1){Function1();os_sem_send(semaphore);}}11.12.__taskvoidtask2(void){while(1){os_sem_wait(semaphore,0xFFFF);Function2();}}这个用法是用于保证不同函数的调用顺序(这是C语言很缺乏的一个特征)，在这个例子里面，信号量的作用就是确保在每一次调用Function2之前，Functionl都有一次完整的调用。Rendezvous[cpp]viewplaineepyos_semArrived1,Arrived2;2.3.__taskvoidtask1(void){os_sem_init(Arrived1,0);os_sem_init(Arrived2,0);while(1){FunctionA1();os_sem_send(Arrived1);os_sem_wait(Arrived2,0xFFFF);FunctionA2();}

}14.15.__taskvoidtask2(void){while(1){FunctionB1();os_sem_send(Arrived2);os_sem_wait(Arrived1, 0xFFFF);FunctionB2();}}这个用法是更通用的Signaling用法，目的是让FunctionAI,functionBI都完成以后，再执行FunctionA2和FunctionB2。Multiplex[cpp]viewplaincopyos_semMultiplex;__taskvoidtask(void){os_sem_init(Multiplex,5);while(1){os_sem_wait(Multiplex,0xFFFF);Function();os_sem_send(Multiplex);}}这个用法能保证最多只有五个进程能够同时调用Function()；更多的例子，请参考上面提到的材料。2.邮箱(Mailbox)1.简介邮箱在RTX中往往是用于在进程间传输大段数据。简单说来，一个邮箱就是一个用户定义长度的队列。队列的每一个单元都是4bytes长，一个单元可以直接保存数据(32位)，或者保存一个指针(地址)，指向另外一段数据。用邮箱的一个问题就是要用户手动分配内存和回收内存。下面先看看有哪些相关操作。首先要创建一个邮箱，ojmbx_declare(mailbox_name,mail_slots)在RTL.h中有这个的定义，具体是：#defineos_mbx_declare(name,cnt)U32name[4+cnt]也就是说邮箱其实是一个名字为mailbox_name，长度为mail_slots的U32数组。另外注意到，额外的4个slots，是用于管理邮箱的，而不是用来直接存储信息的。创建完邮箱后就要初始化这个邮箱：os_mbx_init(&mailbox_name,sizeof(mailbox_name));发信：os_mbx_send(&mailbox,msg_ptr,timeout)这里的msg_ptr实际上是一个指针，指向需要发送的信息，如果邮箱满了，进程会被阻断，进入WAIT_MBX状态，直到有空间才会返回就绪状态。timeout的用法和前面的timeout一致。同样地，在ISR中有一个相应版本：isr_mbx_send(&mailbox,msg_ptr);这会先调用isr_mbx_check(),去检查邮箱是否已经满了，如果满了就会放弃当前的信息，并且会被陷入os_error();收信：os_mbx_w^it(&mailbox,&msg_ptr,timeout);将收到的信息，存入msg_ptr指向的地址。如果邮箱是空的，进程则会被阻断，进入WAIT_MBX状态，直到有新的信息。ISR的相应版本为：isr_mbx_receive(&mailbox,&msgLptr);BOX内存分配在用邮箱的过程中，会经常涉及到RTX的内存分配问题，如果是变长的内存分配，malloc()和free()这些标准函数可以胜任，但RTX另外提供了一种处理定长内存块的机制-BOX。这里大致简单说一下，具体的用法请参考完整的邮箱例子。_declare_box(box_name,block_size,block_count);_init_box(box_name,box_size,block_size);_alloc_box(box_name);_calloc_box(box_name);_free_box(box_name,)基本上从名字就能知道其意义，和stdlib.h中的标准函数基本对应。—个完整的例子这个例子源于《RL-ARMUser'sGuide》，小幅度修改：[cpp]viewplaincopyos_mbx_declare(MsgBox,16);/*DeclareanRTXmailbox*/U32mpool[16*(2*sizeof(U32))/4+3];/*Reserveamemoryfor16messages*/3.__taskvoidrec_task(void);5.__taskvoidsend_task(void){/*Thistaskwillsenda message. */U32*mptr;os_tsk_create(rec_task, 0);os_mbx_init(MsgBox,sizeof(MsgBox));mptr=_alloc_box(mpool);/*Allocateamemoryforthemessage*/mptr[0]=0x3215fedc;/*Setthemessagecontent.*/mptr[1]=0x00000015;os_mbx_send(MsgBox,mptr,0xffff);/*Sendamessagetoa'MsgBox'*/os_tsk_delete_self();}17.__taskvoidrec_task(void){/*Thistaskwillreceiveamessage.*/U32*rptr,rec_val[2];os_mbx_wait(MsgBox,(void**)&rptr,0xffff);/*Waitforthemessagetoarrive.*/rec_val[0]=rptr[0];/*Storethecontentto