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关于RTOS的全部真相。 第十九条 信号灯：简介和基本服务



以前的一篇文章（第5条）中提到了信号灯。 他们的主要任务是控制对资源的访问。

该系列中的先前文章：
第十八条 事件标志组：助手服务和数据结构
第十七条 事件标志组：简介和基本服务
第十六条 讯号
第十五条 内存分区：服务和数据结构
第十四条 内存部分：简介和基本服务
第十三条 任务数据结构和不受支持的API调用
第十二条 任务处理服务
第11条 任务：API的配置和介绍
第10条 计划程序：高级功能和上下文保留
第9条。 调度程序：实施
第8条 Nucleus SE：内部设计和部署
第7条 Nucleus SE：简介
第6条。 其他RTOS服务
第5条 任务交互和同步
第4条 任务，上下文切换和中断
第3条 任务与计划
第2条。 RTOS：结构和实时模式
第1条 RTOS：简介。

使用信号量


在Nucleus SE中，信号量是在组装阶段定义的。 一个应用程序最多可以有16个信号灯。 如果未指定信号灯，则应用程序中将不包括服务调用和数据结构的代码。

信号量是U8类型的计数器，对其访问的控制方式使得多个任务可以使用它。 一个任务可以减少信号量计数器的值（捕获）或增加信号量计数器的值（释放）。 尝试捕获具有空值的信号量可能会导致错误或任务挂起，具体取决于所选的API调用参数和Nucleus SE配置。

设置信号灯


信号量


与大多数Nucleus SE对象一样，信号量的设置由nuse_config.h中的#define指令确定。 主要参数是NUSE_SEMAPHORE_NUMBER ，它确定应用程序中的信号灯数量。 默认情况下，该参数设置为0（在应用程序中未使用信号灯），并且可以采用不超过16的任何值。不正确的值将导致编译错误，这将通过检入nuse_config_check.h生成（此文件包含在nuse_config.c中 ，这意味着它可以编译）因此，# error指令将触发 。

选择一个非零值可以用作信号量的主要激活器。 定义数据结构时使用此参数，其大小取决于其值（有关更多详细信息，请参见本文的进一步内容）。 此外，非零值会激活API设置。

激活API调用


Nucleus SE中的每个API函数（实用程序调用） 都由nuse_config.h中的#define指令激活。 对于信号量，这些包括：

NUSE_SEMAPHORE_OBTAIN
NUSE_SEMAPHORE_RELEASE
NUSE_SEMAPHORE_RESET
NUSE_SEMAPHORE_INFORMATION
NUSE_SEMAPHORE_COUNT


默认情况下，它们设置为FALSE ，从而禁用每个服务调用并阻止包含实现它们的代码。 要设置信号灯，您需要选择必要的API调用并将相应的指令设置为TRUE 。

以下是默认nuse_config.h文件的摘录。

 #define NUSE_SEMAPHORE_NUMBER 0 /* Number of semaphores in the system - 0-16 */ #define NUSE_SEMAPHORE_OBTAIN FALSE /* Service call enabler */ #define NUSE_SEMAPHORE_RELEASE FALSE /* Service call enabler */ #define NUSE_SEMAPHORE_RESET FALSE /* Service call enabler */ #define NUSE_SEMAPHORE_INFORMATION FALSE /* Service call enabler */ #define NUSE_SEMAPHORE_COUNT FALSE /* Service call enabler */

如果应用程序中没有信号灯，则激活的API函数将导致编译错误（始终启用的NUSE_Semaphore_Count（）除外）。 如果您的代码使用尚未激活的API调用，则会发生布局错误，因为实现代码未包含在应用程序中。

实用程序信号灯调用


Nucleus RTOS支持八个服务调用，这些调用提供以下功能：

  • 信号量捕获。 Nucleus SE在NUSE_Semaphore_Obtain（）函数中实现。
  • 释放信号量。 在Nucleus SE中，它是在NUSE_Semaphore_Release（）函数中实现的。
  • 通过释放所有暂停的任务（重新引导）使信号量返回未使用状态。 Nucleus SE在NUSE_Semaphore_Reset（）中实现 。
  • 提供有关特定信号量的信息。 Nucleus SE在NUSE_Semaphore_Information（）中实现 。
  • 返回应用程序中已配置信号灯的数量。 Nucleus SE在NUSE_Semaphore_Count（）中实现 。
  • 向应用程序添加新的信号灯。 未实施Nucleus SE。
  • 从应用程序中删除信号量。 未实施Nucleus SE。
  • 返回所有信号量的指针。 未实施Nucleus SE。

每个服务调用的实现将在下面详细描述。

实用程序调用以捕获和释放信号量


可以对信号量执行的基本操作是捕获和释放（减少和增加值）。 Nucleus RTOS和Nucleus SE为这些操作提供了两个基本的API调用。

信号量捕获


Nucleus RTOS实用程序调用捕获信号量非常灵活，并且允许您隐式地暂停任务，或者如果当前无法执行操作（例如，尝试捕获值为零的信号量），则以特定的超时暂停任务。 Nucleus SE提供了相同的功能，仅任务暂停是可选的，并且未实现超时。

在Nucleus RTOS中捕获信号量的挑战
服务电话原型：
状态NU_Obtain_Semaphore（NU_SEMAPHORE *信号量，UNSIGNED挂起）;

参数：

信号量 -指向用户提供的信号量控制块的指针；
pause-任务挂起参数，可以采用值NU_NO_SUSPEND或NU_SUSPEND以及超时值。

返回值：

NU_SUCCESS-调用成功完成；
NU_UNAVAILABLE-信号量具有空值；
NU_INVALID_SEMAPHORE-指向信号量的无效指针；
NU_INVALID_SUSPEND-尝试从与任务无关的线程中暂停；
NU_SEMAPHORE_WAS_RESET-在挂起任务时重置了信号灯。

在Nucleus SE中捕获信号量的挑战
该API调用支持Nucleus RTOS API的核心功能。

服务电话原型：

状态NUSE_Semaphore_Obtain（NUSE_SEMAPHORE信号量，U8挂起）；

参数：

信号量 -使用的信号量的索引（ID）；
pause-任务挂起参数，可以是NUSE_NO_SUSPEND或NUSE_SUSPEND 。

返回值：

NUSE_SUCCESS-呼叫已成功完成；
NUSE_UNAVAILABLE-信号量为空值；
NUSE_INVALID_SEMAPHORE-无效的信号量索引；
NUSE_INVALID_SUSPEND-尝试从与任务无关的线程中暂停或禁用API阻止功能时；
NUSE_SEMAPHORE_WAS_RESET-任务挂起时重置了信号灯；

在Nucleus SE中实现信号量捕获
根据是否激活了对阻塞（暂停）任务的支持，使用条件编译选择功能代码NUSE_Semaphore_Obtain（）的版本（检查参数后）。 考虑这两种选择。

如果未激活锁定，则此API调用的逻辑非常简单：

 if (NUSE_Semaphore_Counter[semaphore] != 0) /* semaphore available */ { NUSE_Semaphore_Counter[semaphore]--; return_value = NUSE_SUCCESS; } else /* semaphore unavailable */ { return_value = NUSE_UNAVAILABLE; }

检查信号量计数器的值，如果不等于零，则减小。

如果激活了任务锁定，则逻辑将变得更加复杂：

 do { if (NUSE_Semaphore_Counter[semaphore] != 0) /* semaphore available */ { NUSE_Semaphore_Counter[semaphore]--; return_value = NUSE_SUCCESS; suspend = NUSE_NO_SUSPEND; } else /* semaphore unavailable */ { if (suspend == NUSE_NO_SUSPEND) { return_value = NUSE_UNAVAILABLE; } else { /* block task */ NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore]++; NUSE_Suspend_Task(NUSE_Task_Active, semaphore << 4) | NUSE_SEMAPHORE_SUSPEND); return_value = NUSE_Task_Blocking_Return[NUSE_Task_Active]; if (return_value != NUSE_SUCCESS) { suspend = NUSE_NO_SUSPEND; } } } } while (suspend == NUSE_SUSPEND);

一些澄清可能会有所帮助。

代码放置在do ... while循环中 ，该循环在suspend参数为NUSE_SUSPEND时运行 。

如果信号量具有非零值，则它会减小。 暂 挂变量设置为NUSE_NO_SUSPEND ，并且API调用终止并返回NUSE_SUCESS 。

如果信号量为null，并且suspend变量设置为NUSE_NO_SUSPEND ，则API调用将返回NUSE_UNAVAILABLE 。 如果将挂起设置为NUSE_SUSPEND ，任务将暂停。 调用完成后（例如，任务恢复时），如果返回值为NUSE_SUCCESS （表示释放信号量后而不是在重置后恢复了任务），则循环从头开始。

信号量释放


对Nucleus RTOS API进行实用程序调用以释放信号量非常简单：信号量计数器的值增加，并返回成功消息。 Nucleus SE提供了相同的功能，但具有额外的溢出检查功能。

挑战在Nucleus RTOS中释放信号量
服务电话原型：

状态NU_Release_Semaphore（NU_SEMAPHORE *信号量）;

参数：

信号量 -指向用户提供的信号量控制块的指针。

返回值：

NU_SUCCESS-调用成功完成；
NU_INVALID_SEMAPHORE-无效的信号量指针。

挑战在Nucleus SE中释放信号量
该API调用支持Nucleus RTOS API的核心功能。

服务电话原型：

状态NUSE_Semaphore_Release（NUSE_SEMAPHORE信号量）；

参数：

信号量 -释放的信号量的索引（ID）。

返回值：

NUSE_SUCCESS-呼叫已成功完成；
NUSE_INVALID_SEMAPHORE-无效的信号量索引；
NUSE_UNAVAILABLE-信号量的值为255，无法增加。

在Nucleus SE中实现信号量释放
功能代码NUSE_Semaphore_Release（） （检查参数后）是通用的，而不管是否激活了任务锁。 检查信号量计数器的值，如果该值小于255，则增加。

如果激活了对API阻止调用（任务挂起）的支持，则使用条件编译选择其他代码：

 NUSE_CS_Enter(); if (NUSE_Semaphore_Counter[semaphore] < 255) { NUSE_Semaphore_Counter[semaphore]++; return_value = NUSE_SUCCESS; #if NUSE_BLOCKING_ENABLE if (NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore] != 0) { U8 index; /* check whether a task is blocked */ /* on this semaphore */ NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore]--; for (index=0; index<NUSE_TASK_NUMBER; index++) { if ((LONIB(NUSE_Task_Status[index]) == NUSE_SEMAPHORE_SUSPEND) && (HINIB(NUSE_Task_Status[index]) == semaphore)) { NUSE_Task_Blocking_Return[index] = NUSE_SUCCESS; NUSE_Wake_Task(index); break; } } } #endif } else { return_value = NUSE_UNAVAILABLE; } NUSE_CS_Exit(); return return_value;

如果此信号量上有任何任务挂起，则它们中的第一个将恢复。

下面的文章将描述与信号量及其数据结构相关的其他API调用。

关于作者： Colin Walls在电子行业工作了30多年，大部分时间用于固件。 他现在是Mentor Embedded（Mentor Graphics的一个部门）的固件工程师。 Colin Walls经常在会议和研讨会上发表演讲，他撰写了许多技术文章并撰写了两本有关固件的书。 居住在英国。 Colin的专业博客 ，电子邮件：colin_walls@mentor.com。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN429156/

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