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发布于 2022-7-23 18:51
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信号量的概念

1、**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。

2、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。

3、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:

​ 1)0,表示没有积累下来的Post信号量操作,且有可能有在此信号量上阻塞的任务。

​ 2)正值,表示有一个或多个Post信号量操作。

4、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:

​ 1)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。

​ 2)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

运作原理

  1. 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),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。
  2. 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3
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。

实现信号量功能

创建互斥锁:osSemaphoreNew (uint32_t max_count, uint32_t initial_count, const osSemaphoreAttr_t *attr);

获取互斥锁:osSemaphoreAcquire (osSemaphoreId_t semaphore_id, uint32_t timeout);

释放互斥锁:osSemaphoreRelease (osSemaphoreId_t semaphore_id);

删除互斥锁:osMutexDelete (osMutexId_t mutex_id);

注:每次释放信号量,计数器+1,每次申请信号量,计数器-1(能不能申请到需要判断计数器的值是否>0)

事件的概念

事件是一种实现任务间通信的机制,可用于实现任务间的同步,但事件通信只能是事件类型的通信,无数据传 输。一个任务可以等待多个事件的发生:可以是任意一个事件发生时唤醒任务进行事件处理;也可以是几个事件 都发生后才唤醒任务进行事件处理。事件集合用32位无符号整型变量来表示,每一位代表一个事件。 多任务环境下,任务之间往往需要同步操作。事件可以提供一对多、多对多的同步操作。一对多同步模型:一 个任务等待多个事件的触发;多对多同步模型:多个任务等待多个事件的触发。 任务可以通过创建事件控制块来实现对事件的触发和等待操作。LiteOS的事件仅用于任务间的同步。

事件运作机制

读事件时,可以根据入参事件掩码类型uwEventMask读取事件的单个或者多个事件类型。事件读取成功后,如果 设置LOS_WAITMODE_CLR会清除已读取到的事件类型,反之不会清除已读到的事件类型,需显式清除。可以通过 入参选择读取模式,读取事件掩码类型中所有事件还是读 取事件掩码类型中任意事件。

写事件时,对指定事件写入指定的事件类型,可以一次同 时写多个事件类型。写事件会触发任务调度。

清除事件时,根据入参事件和待清除的事件类型,对事件 对应位进行清0操作。

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实现事件功能(API)

**创建事件标记对象:**osEventFlagsNew (const osEventFlagsAttr_t *attr);

**设置事件标记:**osEventFlagsSet (osEventFlagsId_t ef_id, uint32_t flags);

**等待事件标记触发:**osEventFlagsWait (osEventFlagsId_t ef_id, uint32_t flags, uint32_t options, uint32_t timeout);

**删除事件标记对象:**osEventFlagsDelete (osEventFlagsId_t ef_id);

互斥锁概念

1、互斥锁又称互斥型信号量,是一种特殊的二值性信号量,用于实现对共享资源的独占式处理。

2、任意时刻互斥锁的状态只有两种:开锁或闭锁。

3、当有任务持有时,互斥锁处于闭锁状态,这个任务获得该互斥锁的所有权。

4、当该任务释放时,该互斥锁被开锁,任务失去该互斥锁的所有权。

5、当一个任务持有互斥锁时,其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。

6、多任务环境下往往存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景,互斥锁可被用于对共享资源的保护从而实现独占式访问。 另外,互斥锁可以解决信号量存在的优先级翻转问题。

LiteOS提供的互斥锁具有如下特点: 通过优先级继承算法,解决优先级翻转问题。

互斥锁运作机制

​ 多任务环境下会存在多个任务访问同一公共资源的场景,而有些公共资源是非共享的,需要任务进行独占式处理。互斥锁怎样来避免这种冲突呢?

​ 用互斥锁处理非共享资源的同步访问时,如果有任务访问该资源,则互斥锁为加锁状态。此时其他任务如果想访问这 个公共资源则会被阻塞,直到互斥锁被持有该锁的任务释放后,其他任务才能重新访问该公共资源,此时互斥锁再次上锁, 如此确保同一时刻只有一个任务正在访问这个公共资源,保证了公共资源操作的完整性。

互斥锁功能(API)

**创建互斥锁:**osMutexNew (const osMutexAttr_t *attr);

**获取互斥锁:**osMutexAcquire (osMutexId_t mutex_id, uint32_t timeout);

**释放互斥锁:**osMutexRelease (osMutexId_t mutex_id);

**删除互斥锁:**osMutexDelete (osMutexId_t mutex_id);

消息队列概念

消息队列,是一种常用于任务间通信的数据结构,实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息,并根据不同的接口选 择传递消息是否存放在自己空间。任务能够从队列里面读取消息,当队列中的消息是空时,挂起读取任务;当队列中有新消息时,挂起的读取任务被唤醒并处理新消息。

用户在处理业务时,消息队列提供了异步处理机制,允许将一个消息放入队列,但并不立即处理它,同时队列还能起到缓冲消息作用。

LiteOS中使用队列数据结构实现任务异步通信工作,具有如下特性:

​ 消息以先进先出方式排队,支持异步读写工作方式。

​ 读队列和写队列都支持超时机制。

​ 发送消息类型由通信双方约定,可以允许不同长度(不超过队列节点最大值)消息。

​ 一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息。

​ 多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息。

​ 当队列使用结束后,如果是动态申请的内存,需要通过释放内存函数回收。

消息队列运作机制

创建队列时,根据用户传入队列长度和消息节点大小来开辟相应 的内存空间以供该队列使用,返回队列ID。

在队列控制块中维护一个消息头节点位置Head和一个消息尾节点 位置Tail来表示当前队列中消息存储情况。Head表示队列中被占 用消息的起始位置。Tail表示队列中被空闲消息的起始位置。刚创 建时Head和Tail均指向队列起始位置。

写队列时,根据Tail找到被占用消息节点末尾的空闲节点作为数据写入对象。

读队列时,根据Head找到最先写入队列中的消息节点进行读取。

删除队列时,根据传入的队列ID寻找到对应的队列,把队列状态置为未使用,释放原队列所占的空间,对应的队列控制头置为初始状态。

消息队列功能(API)

创建消息队列:osMutexNew (const osMutexAttr_t *attr);

发送消息:osMutexAcquire (osMutexId_t mutex_id, uint32_t timeout);

获取消息:osMutexRelease (osMutexId_t mutex_id);

删除消息队列:osMutexDelete (osMutexId_t mutex_id);

GPIO API

GpioInit :初始化GPIO

GpioDeinit :取消初始化GPIO

GpioSetDir :设置GPIO引脚方向

GpioGetDir :获取GPIO引脚方向

GpioSetOutputVal :设置GPIO引脚输出电平值

GpioGetOutputVal: 获取GPIO引脚输出电平值

拓展:

IoSetPull :设置GPIO引脚上拉

IoGetPull :获取GPIO引脚上拉

IoSetFunc :设置GPIO引脚功能

IoGetFunc :获取GPIO引脚功能

IOSetDriverStrength :设置GPIO驱动能力

IOGetDriverStrength: 获取GPIO驱动能力

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