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。
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:
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:
/**
* @ingroup los_sem
* Semaphore control structure.
*/
typedef struct
{
UINT8 usSemStat; /**是否使用标志位*/
UINT16 uwSemCount; /**信号量索引号*/
UINT32 usSemID; /**信号量计数*/
LOS_DL_LIST stSemList; /**挂接阻塞于该信号量的任务*/
}SEM_CB_S;
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,详见第十章 配置参考),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。
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。
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。
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。
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。
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。
信号量是一种非常灵活的同步方式,可以运用在多种场合中,实现锁、同步、资源计数等功能,也能方便的用于任务与任务,中断与任务的同步中。
Huawei LiteOS 系统中的信号量模块为用户提供下面几种功能。
功能分类 | 接口名 | 描述 |
---|---|---|
信号量的创建和删除 | LOS_SemCreate | 创建信号量 |
- | LOS_SemDelete | 删除指定的信号量 |
信号量的申请和释放 | LOS_SemPend | 申请指定的信号量 |
- | LOS_SemPost | 释放指定的信号量 |
信号量的开发典型流程:
对可能导致信号量操作失败的情况,包括创建信号量、申请信号量、释放信号量、删除信号量等,均需要返回对应的错误码,以便快速定位错误原因。
序 号 | 定义 | 实际数值 | 描述 | 参考解决方案 |
---|---|---|---|---|
1 | LOS_ERRNO_SEM_NO_MEMORY | 0x02000700 | 内存空间不足 | 分配更大的内存分区 |
2 | LOS_ERRNO_SEM_INVALID | 0x02000701 | 非法传参 | 改变传数为合法值 |
3 | LOS_ERRNO_SEM_PTR_NULL | 0x02000702 | 传入空指针 | 传入合法指针 |
4 | LOS_ERRNO_SEM_ALL_BUSY | 0x02000703 | 信号量控制块不可用 | 释放资源信号量资源 |
5 | LOS_ERRNO_SEM_UNAVAILABLE | 0x02000704 | 定时时间非法 | 传入正确的定时时间 |
6 | LOS_ERRNO_SEM_PEND_INTERR | 0x02000705 | 中断期间非法调用LOS_SemPend | 中断期间禁止调用LOS_SemPend |
7 | LOS_ERRNO_SEM_PEND_IN_LOCK | 0x02000706 | 任务被锁,无法获得信号量 | 在任务被锁时,不能调用LOS_SemPend |
8 | LOS_ERRNO_SEM_TIMEOUT | 0x02000707 | 获取信号量时间超时 | 将时间设置在合理范围内 |
错误码定义:错误码是一个32位的存储单元, 31~24位表示错误等级, 23~16位表示错误码标志, 15~8位代表错误码所属模块, 7~0位表示错误码序号,如下
#define LOS_ERRNO_OS_NORMAL(MID,ERRNO) \
(LOS_ERRTYPE_NORMAL | LOS_ERRNO_OS_ID | ((UINT32)(MID) << 8) | (ERRNO))
LOS_ERRTYPE_NORMAL :Define the error level as critical
LOS_ERRNO_OS_ID :OS error code flag.
MID:OS_MOUDLE_ID
ERRNO:error ID number
例如:
LOS_ERRNO_SEM_NO_MEMORY LOS_ERRNO_OS_ERROR(LOS_MOD_SEM, 0x00))
本实例实现如下功能;
前提条件:
代码实现如下
#include "los_sem.h"
/*任务PID*/
static UINT32 g_TestTaskID01,g_TestTaskID02;
/*测试任务优先级*/
#define TASK_PRIO_TEST 5
/*信号量结构体ID*/
static SEM_HANDLE_T g_usSemID;
VOID Example_SemTask1(void)
{
UINT32 uwRet;
printf("Example_SemTask1 try get sem g_usSemID ,timeout 10 ticks.\n");
/*定时阻塞模式申请信号量,定时时间为10Tick*/
uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, 10);
/*申请到信号量*/
if(LOS_OK == uwRet)
{
LOS_SemPost(g_usSemID);
return;
}
/*定时时间到,未申请到信号量*/
if(LOS_ERRNO_SEM_TIMEOUT == uwRet)
{
printf("Example_SemTask1 timeout and try get sem g_usSemID wait forever.\n");
/*永久阻塞模式申请信号量*/
uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, LOS_WAIT_FOREVER);
printf("Example_SemTask1 wait_forever and get sem g_usSemID .\n");
if(LOS_OK == uwRet)
{
LOS_SemPost(g_usSemID);
return;
}
}
return;
}
VOID Example_SemTask2(void)
{
UINT32 uwRet;
printf("Example_SemTask2 try get sem g_usSemID wait forever.\n");
/*永久阻塞模式申请信号量*/
uwRet = LOS_SemPend(g_usSemID, LOS_WAIT_FOREVER);
if(LOS_OK == uwRet)
printf("Example_SemTask2 get sem g_usSemID and then delay 20ticks .\n");
/*任务休眠20 Tick*/
LOS_TaskDelay(20);
printf("Example_SemTask2 post sem g_usSemID .\n");
/*释放信号量*/
LOS_SemPost(g_usSemID);
return;
}
UINT32 Example_TaskEntry()
{
UINT32 uwRet;
TSK_INIT_PARAM_S stTask1;
TSK_INIT_PARAM_S stTask2;
/*创建信号量*/
LOS_SemCreate(0,&g_usSemID);
/*锁任务调度*/
LOS_TaskLock();
/*创建任务1*/
memset(&stTask1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_SemTask1;
stTask1.pcName = "MutexTsk1";
stTask1.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask1.usTaskPrio = TASK_PRIO_TEST;
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID01, &stTask1);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 create failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*创建任务2*/
memset(&stTask2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_SemTask2;
stTask2.pcName = "MutexTsk2";
stTask2.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask2.usTaskPrio = (TASK_PRIO_TEST - 1);
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID02, &stTask2);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 create failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*解锁任务调度*/
LOS_TaskUnlock();
uwRet = LOS_SemPost(g_usSemID);
/*任务休眠40 Tick*/
LOS_TaskDelay(40);
/*删除信号量*/
LOS_SemDelete(g_usSemID);
/*删除任务1*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID01);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 delete failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*删除任务2*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID02);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 delete failed .\n");
return LOS_NOK;
}
return LOS_OK;
}
编译运行得到的结果为:
Example_SemTask2 try get sem g_usSemID wait forever.
Example_SemTask1 try get sem g_usSemID ,timeout 10 ticks.
Example_SemTask2 get sem g_usSemID and then delay 20ticks .
Example_SemTask1 timeout and try get sem g_usSemID wait forever.
Example_SemTask2 post sem g_usSemID .
Example_SemTask1 wait_forever and get sem g_usSemID