[uC/OS-II原理及应用]任务的同步与通信

四、任务的同步与通信

4.1 任务的同步和事件

4.1.1 任务间的同步

 制约关系：

  直接制约关系

  间接制约关系

 

直接制约关系源于任务间的合作

间接制约关系源于资源的共享

 

在多任务合作工作的过程中，操作系统应该解决两个问题：一是各任务间应该具一种互斥关系，即对于某个共享资源，如果一个任务正在使用，则其他任务只能等待，等到该任务释放该资源后，等待的任务之一才能使用它；二是相关的任务在执行上要有先后次序，一个任务要等其伙伴发来通知，或建立了某个条件才能继续执行，否则只能等待。任务之间的这种制约性的合作运行机制叫做任务间的同步。

 

 

4.1.2  事件

uC/OS-II使用信号量、邮箱和消息队列这些中间环节来实现任务之间的通信。这些中间环节则被统称为“事件”。

 

任务1是发信方，任务2是收信方。作为发信方，任务1的责任是把信息发送到事件上，这项操作叫做发送事件。作为收信方，任务2的责任是通过读事件操作对事件进行查询：如果有信息，则读取信息；否则等待。读事件操作叫做请求事件。

 

uC/OS-II 把任务发送事件、请求事件以及其他对事件的操作都定义成为全局函数，以供应用程序的所有任务来调用。

 

1.信号量

  信号量是一类事件。使用信号量的最初目的，是为了给共享资源设立一个标志，该标志表示该共享资源被占用情况。

 

图为两个任务在使用互斥型信号量进行通信，从而使这两个任务无冲突地访问一个共享资源的示意图。任务1在访问共享资源之前先进行请求信号量的操作，当任务1发现信号量的标志位为“1”时，它一方面把信号量的标志由“1”改为“0”，另一方面进行共享资源的访问。如果任务2在任务1已经获得信号之后来请求信号量，那么由于它获得标志值为“0”，所以任务2就只有等待而不能访问共享资源了。这种做法有效地防止两个任务同时访问同一个共享资源所造成的冲突。

 

2.消息邮箱

 在多任务操作系统中，常常需要在任务与任务之间通过传递一个数据的方式来进行通信。为了达到这个目的，可以在内存中创建一个存储空间作为该数据的缓冲区。如果把这个缓冲区叫做消息缓冲区，那么在任务间传递数据（消息）的一个最简单的方法就是传递消息缓冲区的指针。因此，用来传递消息缓冲区指针的数据结构叫做消息邮箱。

 

图为两个任务使用消息邮箱进行通信的示意图。任务1在向消息邮箱发送消息，任务2在从消息邮箱读取消息。读取消息也叫做请求消息。

 

3.消息队列

 上面读到的消息邮箱不仅可用来传递一个消息，而且也可定义一个指针数组。让数组的每个元素都存放一个消息缓冲区指针，那么任务就可通过传递这个指针数组指针的方法来传递多个消息。这种可以传递多个消息的数据结构叫做消息队列。

 

 

图为两个任务使用消息队列进行通信的示意图。任务1向消息队列发送消息缓冲区指针数组的指针，这个操作叫做发送消息队列；任务2在从消息队列读取消息缓冲区指针数组的指针，这个操作叫做请求消息队列。

 

 

4.2 事件控制块及事件处理函数

4.2.1 事件控制块的结构

1.等待任务列表

  对于等待事件任务的记录，uC/OS-II又使用了与任务就绪表类似的位图，即定义了一个INT8U类型的数组OSEventTbl[]来作为等待事件任务的记录表，即等待任务表。

  等待任务表仍然以任务的优先级别为顺序为每个任务分配一个二进制位，并用该位为“1”来表示这一位对应的任务为事件的等待任务，否则不是等待任务。

 

2.事件控制块的结构

 为了把描述事件的数据结构统一起来，uC/OS-II使用叫做事件控制块ECB的数据结构来描述诸如信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些事件。

  定义在文件uC/OS-II中的事件控制块的数据结构如下：

typedef struct

{

INT8U  OSEventType;       //事件的类型

INT16U  OSEventCnt;       //信号量的计数器

void  *OSEventPtr;         //消息或消息队列的指针

INT8U  OSEventGrp;        //等待事件的任务组

INT8U  OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];         //任务等待表    

}

应用程序中的任务通过指针pevent来访问事件控制块。

成员OSEventCnt为信号量的计数器。

成员OSEventPtr主要用来存放消息邮箱或消息队列的指针。

成员OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE] 为等待任务表。

成员OSEventGrp表示任务等待表中的各任务组是否存在等待任务。

事件控制块ECB结构中的成员OSEventType用来指明事件的类型。

 

 

4.2.2 操作事件控制块的函数