1 信号量
信号量实际上是一种约定机制,在多任务操作系统内核中普遍使用。信号量可分为二值信号量和计数式信号量。每一个信号量都有一个计数值,它表示某种资源的可用数目。二值信号量的值只能是0和1;计数式信号量的取值范围则由所使用的嵌入式操作系统内核决定。内核根据信号量的值,跟踪那些等待信号量的任务。
对信号量的操作一般有初始化、等待和释放三种,下面简要介绍一下这三种操作过程。
① 初始化信号量：信号量初始化时要给信号量赋初值,并清空等待信号量的任务表。
② 等待信号量：需要获取信号量的任务执行等待操作。如果该信号量值大于0,则信号量值减1,任务得以继续运行;如果信号量值为0,等待信号量的任务就被列入等待该信号量的任务表。
③ 释放信号量：已经获取信号量的任务在使用完某种资源后释放其信号量。如果没有任务等待该信号量,信号量值仅仅是简单的加1;如果有任务正在等待该信号量,那么就会有一个任务进入就绪态,信号量的值也就不加1。至于哪个任务进入就绪态,要看内核是如何调度的。
2 在RTX51 Tiny中添加信号量支持
RTX51 Tiny采用时间片轮转的办法来调度任务,不支持任务优先级,也不支持信号量。为了在RTX51 Tiny环境中使用信号量,必须另外添加信号量的定义及其操作过程,可以在应用程序中加入以下代码。
#include <rtx51tny.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define MAX_SEMAPHORES 3 /* 使用信号量的最大数目 */
/* 定义信号量 */
struct sem_set{
uchar max_count; /* 该信号量的最大计数值 */
uchar count; /* 该信号量的当前计数值 */
uint pending_tasks; /* 等待该信号量任务表 */
} sem_tab[MAX_SEMAPHORES];
/* 初始化信号量 */
#pragma disable
void init_semaphore(uchar sem_id, uchar max_count, uchar count){
sem_tab[sem_id].max_count = max_count;
sem_tab[sem_id].count = count;
sem_tab[sem_id].pending_tasks = 0;
}
/* 等待信号量 */
#pragma disable
char pend_sem(uchar sem_id){
if (sem_tab[sem_id].count > 0) {
sem_tab[sem_id].count? /* 获取信号量 */
return (-1);
}
sem_tab[sem_id].pending_tasks
=(1 << os_running_task_id()); /* 标记为等待状态 */
return (0);
}
void pend_semaphore(sem_id){
if (pend_sem(sem_id) == 0) {
while (os_wait(K_TMO, 255, 0) != RDY_EVENT); /*等待,直到该任务就绪*/
}
}
/* 释放信号量 */
#pragma disable
char post_sem(uchar sem_id){
uchar i;
uint temp = 1;
if ((sem_tab[sem_id].count > 0)
(sem_tab[sem_id].pending_tasks == 0)) {
sem_tab[sem_id].count++; /* 释放信号量 */
return (-1);
}
for (i=0; i<16; i++) {
if ((sem_tab[sem_id].pending_tasks & (temp)) != 0){ /* 查找任务表 */
sem_tab[sem_id].pending_tasks &= ~(1 << i);
return (i); /* 返回等待信号量的任务号 */
}
temp <<= 1;
}
}
void post_semaphore(uchar sem_id){
char task_id;
task_id = post_sem(sem_id);
if (task_id != -1) {
os_set_ready(task_id); /* 任务task_id进入就绪状态 */
os_switch_task();
}
}
其中函数init_semaphore用于初始化信号量,函数pend_semaphore 和post_semaphore用于等待和释放信号量。
MAX_SEMAPHORES为应用程序中需要用到信号量的最大数目,根据设计需要做相应的修改。结构体sem_set记录信号量的相关信息,包括该信号量的最大值、当前值以及等待该信号量的任务表。其中,sem_tab[sem_id].pending_tasks中的bit0~bit15分别与任务0~任务15一一对应,如果某一位置位,则表示与之相应的任务正在等待该信号量。函数post_sem总是让等待信号量任务表中任务号最小的那个任务最先得到信号量。
编译器伪指令#pragma disable保证程序在对信号量进行操作期间不被中断,避免发生错误。
3 应用举例
下面通过一个例子来说明在RTX51 Tiny环境下是如何使多个任务共享串口的。
#include <rtx51tny.h>
#include <stdio.h>
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
extern void pend_semaphore(uchar sem_id);
extern void post_semaphore(uchar sem_id);
extern void init_semaphore(uchar sem_id, uchar max_count, uchar count);
void task0(void) _task_ 0{
SCON = 0x50;
TMOD = 0x20;
TH1 = 221;
TR1 = 1;
TI = 1; /* 初始化串行口 */
init_semaphore(0, 1, 1); /* 初始化信号量,最大值为1 */
os_create_task(1);
os_create_task(2);
os_delete_task(0);
}
void task1(void) _task_ 1{
while (1) {
pend_semaphore(0);
puts(“Task1 is using UART!”);
post_semaphore(0);
}
}
void task2(void) _task_ 2{
while (1) {
pend_semaphore(0);
puts(“Task2 is using UART!”);
post_semaphore(0);
}
}
该程序中的task1和task2轮流使用串口输出数据。程序执行后在串口循环输出如下内容。
Task1 is using UART!
Task2 is using UART!
结语
与其它实时多任务内核相比,RTX51 Tiny显得非常小巧,它最大仅占用900字节的程序存储空间,可以在没有任何外部存储器的8051系统上运行。对RTX51 Tiny添加信号量支持后,能够简化程序设计,提高开发效率,降低开发成本。
参考文献
1 Keil Software Inc．RTX51 Tiny User’s Guide
2 [美]拉伯罗斯. μC/OS-II——源码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝译. 北京：中国电力出版社,2001
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