【小黑嵌入式系统第十四课】μC/OS-III程序设计基础（三）——信号量（任务同步&资源同步）、事件标记组（与&或&多个任务）

上一课：
【小黑嵌入式系统第十三课】PSoC 5LP第二个实验——中断控制实验

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1 信号量

1.1 简介

在实时多任务系统中，信号量（semaphore）被广泛用于：任务间对共享资源的互斥，但更多地是用于任务和中断服务程序之间的同步、任务之间的同步。

N为信号量值，表示发布信号量的次数累计值。
信号量用于任务-任务（或任务-ISR）间同步时，N表示事件已发生了多少次。
信号量用于资源共享时，N表示资源还可被多少个任务同时使用。

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当任务（或ISR）调用OSSemPost()函数发送信号量时：

任务（或ISR）可以多次调用OSSemPost()函数发送信号量。

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当信号量值大于0，任务调用OSSemPend()函数接收信号量时：

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当信号量值等于0，任务调用OSSemPend()函数接收信号量时：

注意：μC/OS-III不允许在中断服务程序中等待信号量。

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前面章节我们学习了互斥信号量，下面对计数型信号量与互斥信号量做一个对比。

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1.2 任务间同步

在实际的应用中，常用信号量实现任务间的同步，OSSemPend()和OSSemPost()会出现在不同任务中，但不一定成对出现。

注意：在实际的应用中，还有多对多、一对多信号量操作的情况，但很不常见，建议不要设计出这样的操作方式，这样会带来很多的麻烦。

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用来实现任务间同步的信号量在创建时赋给初始值，一般为0，表示事件还未发生，初始值在OSSemCreate()函数中指定。

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让一个LED以0.5Hz的频率闪烁，每按键一次，LED闪烁一次。

我们通过此例来说明如何使用信号量实现任务间同步，两个任务处理流程如下。

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TaskKEY任务主要代码如下。

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TaskLED任务主要代码如下。

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1.3 ISR与任务同步

下面以示例来说明如何现实ISR与任务间同步。假设定时器1中断服务程序发送信号量，任务完成了信号量的创建并在接收到信号量后让蜂鸣器响一声。处理流程如下。

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中断服务程序ISR示例代码如下。

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蜂鸣器报警任务示例代码如下。

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1.4 资源同步

在嵌入式系统中，可以使用信号量访问共享资源来实现资源同步。在使用时，注意发送信号量函数OSSemPost()与等待信号量函数OSSemPend()必须成对出现在同一个任务调用的函数中，才能实现资源同步（这与互斥信号量使用方式一致）。

在使用信号量做资源共享时，只有任务才能使用信号量，而中断服务程序则不可以。（注意对照前面所述，在使用信号量做ISR与任务间同步时，ISR可以给任务发送信号量，但不能做其它的信号量操作）

计数型信号量用于某共享资源可以同时为几个任务所用时，这是互斥型信号量不能处理的（互斥信号量是二值的）。

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例：银行柜台

某银行有N个柜台可以为客户服务，设置信号量值为N（或者银行同时可以为N个用户服务）

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为了说明使用信号量访问共享资源实现资源同步，设计两个任务，它们以不同的频率让LED点亮30个时钟节拍，然后熄灭60个时钟节拍，要求这两个任务不会互相干扰。下面是两个任务的处理流程。

为了实现资源同步，我们需要保证OSSemPost()与OSSemPend()成对在同一个任务函数中调用，所以我们可以编写一个函数LED()供两个任务调用，代码如下。

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下面给出两个LED任务的主要处理代码。

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1.5 任务信号量

在μC/OS-III中，每个任务都有它自己的内嵌信号量，称为任务信号量。任务信号量是在任务创建OSTaskCreate()时创建的，因此任务创建之后便可以直接使用。

任务信号量使用起来更方便，且速度比一般信号量要快。

当事件发生时，用户若明确知道该给哪个任务发信号，此时就可以使用任务信号量。

μC/OS-III中的任务信号量服务函数以OSTaskSem???()命名。

• 如OSTaskSemPend()，它在任务信号量所属任务中调用。（无任务控制块参数需传递）

• 如OSTaskSemPost()，它在另一任务或ISR中调用。（需指定任务信号量所属任务的任务控制块参数，即发送(给)哪个任务的任务信号量）

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2 事件标志组

2.1 简介

当任务要与多个事件的发生同步时，可以使用事件标志组。一个事件标志就是一个二值信号，事件标志组是若干二值信号的组合。

用事件标志组来做任务同步分为独立型同步（“或”同步）和关联型同步（“与”同步）。设一个任务与3个事件标志有关，如下图。

可以用多个事件的组合，发信号给多个任务，典型的有8个、16个或32个事件可以组合在一起（由os_type.h中的OS_FLAGS数据类型定义事件标志位数）。

注意：系统在一组新事件发生后判断是否有任务接收到需求的标志，在收到标志后进行任务状态切换。

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2.2 标志“与”

为了说明如何使用标志事件组实现任务与若干个事件同步，我们设计一个系统，当时间到且独立按健被按下后，让LED1闪烁一下。三个任务的处理流程如图。

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TaskKEY任务主要代码如下。

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TaskDly任务主要代码如下。

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TaskLED任务主要代码如下。

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2.3 标志“或”

为了说明如何使用标志事件组实现任务与任何事件之一同步，我们设计一个系统，当时间到或独立按健被按下后，让LED1闪烁一下。三个任务的处理流程如图。

注意：标志“或”和标志“与”操作只在等待标志的LED任务有所不同，其余都相同。

由于发送标志的两个任务代码和标志“与”操作的相同，这里不做重复。标志“或”中的 TaskLED任务主要代码如下。

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2.4 同步多个任务

有些时候需要使多个任务“同时”开始执行（将它们执行的起点同步到同一时刻），通过广播信号量来同步多个任务是一种常用的技术。

但当进行广播操作时，一些要同步的任务可能没有在等待信号量，解决该问题的方法是将信号量和事件标志组联合起来使用。

(1) 每个待同步的任务都需要先将一个事件标志位置位；
(2) 然后等待信号量的发布。
(3) 进行信号量广播的任务必须在所有事件标志位都被置位后，
(4) 才能发布信号量。

该方法要求左边任务优先级比右边任务优先级都低。否则对于右边的最后一个执行OSFlagPost()的任务，在它尚未执行OSSemPend()之前，左边任务就将发送信号量。