信号量
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。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。
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、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。
6、信号量允许多个任务在同一时刻访问同一资源, 但会限制同一时刻访问此资源的最大任务数目。访 问同一资源的任务数达到该资源的最大数量时,会 阻塞其他试图获取该资源的任务,直到有任务释放 该信号量。
信号量运作示意图:
公共资源有四个任务数,信号量都分别被线程1、2、3、4获取后,此时此资源就会锁定而不让线程5进入,线程5及后面的线程都进入阻塞模式,当线程1工作完成而释放出信号量,线程5立即获得信号而得到执行。如此往复。
创建信号量:osSemaphoreNew (uint32_t max_count, uint32_t initial_count, const osSemaphoreAttr_t *attr);
获取信号量:osSemaphoreAcquire (osSemaphoreId_t semaphore_id, uint32_t timeout);
释放信号量:osSemaphoreRelease (osSemaphoreId_t semaphore_id);
删除信号量:osSemaphoreDelete (osMutexId_t mutex_id);
事件管理
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。
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。
上图事件的管理:对于任务a有两个事件分别为事件2和事件5,两个事件之间的关系是或,也就是说事件2和事件5只要有一个被触发任务a就可以执行。对于任务b有两个事件,分别为事件2和事件5,两个事件之间的关系是与,只有当两个事件都被触发时,任务b才可以被执行。因此,当下面事件2发生时,任务a被执行,而任务b仍然是等待状态,而接下来事件5又发生,满足了任务b的条件,因此任务a和任务b都会被执行。
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);
代码中osFlagsWaitAll,代表之前的事件是与关系,而osFlagsWaitAny代表之前的事件是或关系
互斥锁
互斥锁的概念:
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。
简单来说:互斥锁是一种特殊机制,当多种任务都要处理共享资源时,拥有互斥锁的任务,无论优先级,将对共享资源上锁,使其自身能够单独享有资源。
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
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。
GPIO
GPIO的功能不仅是设置为普通的GPIO还可以进行设置TXD,PWM波等以下功能