μC／OS－III對信號量的改進(jìn)

引言
μC／OS是一個(gè)基于優(yōu)先級調度的可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內核。在多任務(wù)的實(shí)時(shí)內核中，信號量是常用的機制，可以用來(lái)實(shí)現對共享資源的訪(fǎng)問(wèn)、任務(wù)之間的通信和同步，以及任務(wù)和中斷的同步等功能。μC／OS—II中提供了等待和釋放信號量等最基本的服務(wù)，而在μC／OS—III中，對信號量的使用增加了一些可選的模式，如非阻塞等待、釋放但不進(jìn)行任務(wù)調度等，提高了使用的靈活性。更重要的是，在μC／OS—III中還新增了任務(wù)內嵌的信號量，用戶(hù)程序無(wú)需建立信號量便可和任務(wù)直接通信，比普通信號量更加簡(jiǎn)單高效。本文將分析對比μC／OS—II和μC／OS—III中信號量?jì)炔拷Y構的差異以及μC／OS—III新增的特性。

1 μC／OS—II中信號量?jì)炔拷Y構
在μC／OS—II中，信號量直接使用內核的數據結構OS EVENT，其內部結構如下：


其中，和信號量相關(guān)的最重要的就是OSEventCnt、OSEventGrp和OSEventTbl[]。OSEventCnt記錄的是信號量的有效值。OSEventTbl[]是一個(gè)位映射表，以64級優(yōu)先級為例，OSEventTbl[]將是一個(gè)8×8的位映射表，如果某優(yōu)先級下有任務(wù)在等待該事件，則OSEventTbl[]中對應的位將被置1。為了加快查詢(xún)過(guò)程，又將64級優(yōu)先級分為8組，用一個(gè)8位的整型OSEventGrp來(lái)記錄每一組的狀態(tài)?？梢?jiàn)，OSEventGrp和OSEve ntTbl[]跟就緒表中的OSRdyGrp和OSRdyTbl[]結構是一模一樣的，區別僅僅在于前者記錄的是等待該事件的任務(wù)的狀態(tài)，而后者記錄的是系統中就緒的任務(wù)的狀態(tài)。而兩者的查找過(guò)程是一樣的，都是通過(guò)“掩碼表”來(lái)快速得到列表中優(yōu)先級最高的任務(wù)。
μC／OS—II提供的信號量相關(guān)的最常用的幾個(gè)API函數如下：

在使用信號量前必須先新建一個(gè)信號量，并指定其初始值。當信號量用于對共享資源的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，該值應初始化為實(shí)際可用的共享資源數；當信號量用來(lái)實(shí)現任務(wù)的同步，則初始值應設為0。調用等待信號量的OSSemPend()函數時(shí)可以指定超時(shí)選項timeout，在指定的時(shí)間內如果沒(méi)有獲得信號量則任務(wù)會(huì )超時(shí)返回。釋放信號量時(shí)，如果有任務(wù)在等待，內核會(huì )通過(guò)查找OSEventGrp和OSEventTbl[]獲得等待任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)，該任務(wù)將獲得信號量從而轉入就緒態(tài)，內核會(huì )進(jìn)行任務(wù)調度。如果獲得信號量的任務(wù)比正在執行的任務(wù)優(yōu)先級還高，則會(huì )進(jìn)行任務(wù)切換。

2 μC／OS-Ⅲ中信號量?jì)炔拷Y構
在μC／OS—III中，信號量類(lèi)型的結構有所變化，并沒(méi)有和μC／OS—II一樣繼續采用和“就緒表”類(lèi)似的結構，而是采用一個(gè)“等待列表”的數據結構來(lái)記錄等待信號量的任務(wù)。其數據結構如下：

從上述結構可以看出，μC／OS—III的信號量結構中新增了一個(gè)時(shí)間戳TS，用來(lái)記錄最近一次釋放信號量(或者是取消等待、刪除信號量)的時(shí)間。而等待信號量的任務(wù)列表則通過(guò)一個(gè)新的數據結構OS_PEND_LIST來(lái)記錄，如圖1所示。