【原创】ucos信号量的操作及原理

信号量的操作及原理

1.OSSemCreate创建信号量semaphore

在使用信号量之前，要先用OSSemCreate创建一个信号量，并通过返回的合法事件结构体指针使用信号量。

OS_EVENT *OSSemCreate(INT16U cnt)
{
#if OS_CRITICAL_METHOD == 3 /* 原理请查看http://blog.csdn.net/liuhui_8989/article/details/8783323 */
OS_CPU_SR cpu_sr;
#endif
OS_EVENT *pevent;
if(OSIntNesting>0){/* 不能在中断内创建信号量 */
return((OS_EVENT *)0);/* 直接返回0 */
}
OS_ENTER_CRITICAL();
pevent =OSEventFreeList;/* 获取空闲的事件控制块 */
if(OSEventFreeList!=(OS_EVENT *)0){/* 将OSEventFreeList指向下一个事件控制块 */
OSEventFreeList=(OS_EVENT *)OSEventFreeList->OSEventPtr;
}
OS_EXIT_CRITICAL();
if(pevent !=(OS_EVENT *)0){/* Get an event control block */
pevent->OSEventType= OS_EVENT_TYPE_SEM;
pevent->OSEventCnt= cnt;/* 设置计数器的初值 */
pevent->OSEventPtr=(void*)0;/* Unlink from ECB free list */
OS_EventWaitListInit(pevent);/* 初始化事件控制块中任务等待表为0 */
}
return(pevent);
}

简而言之，如果没有了空闲的事件控制块或者是在中断内创建信号里，则返回无效的事件控制块0；否则返回类型为信号量，任务等待表OSEventGrp和OSEventTbl[]为0，且已设置了计数器初值的事件控制块指针。这样便成功地创建了一个信号量。这里要注意，使用OSSemCreate函数返回的指针前，要检验是否为有效的指针。

cnt的值至少为0。

创建了信号量之后，便可以对信号量进行如下操作了，申请、释放、删除、查询信号量。

2. 信号量的申请和释放

申请：voidOSSemPend(OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)
释放：INT8U OSSemPost(OS_EVENT *pevent)

OSSemPend函数有三个参数，

第一个是一个指向事件控制块的指针，该值为OSSemCreate返回值。

第二个是一个等待时间值（至少为0），如果信号量目前被占用，则无法立即申请到信号量，调用该函数的任务将被挂起，如果等待时间值为0，则一直被挂起直到信号量被释放为止（OSSemPost能够在释放信号量的同时，恢复等待信号量的任务），如果等待时间值大于0，则在超时时间过后，由OSTineTick恢复为就绪状态的任务。

第三个为一个指向错误代码的指针，该值作为函数返回值使用。

OS_NO_ERR 函数调用成功，获得了信号量。

OS_TIMEOUT 在规定的时间内没有申请到信号量

OS_ERR_EVENT_TYPE 事件类型错误，不是信号量

OS_ERR_PEND_ISR 不能在中断内申请信号量

OS_ERR_PEVENT_NULL pevent指针无效

下面讲解一下函数内部原理：

如果信号量的计数器值大于0，则将其减1，表示又有一个任务占用，并直接返回。

如果信号量的计数器值为0，表示信号量已被其他任务占用，此时任务控制块中的状态标志是等待信号状态以及就绪的，因为使用的是按位或操作，保留了原有的就绪状态标志。

之后调用了OS_EventTaskWait(pevent); 此时作了3件事：

（1）OSTCBCur->OSTCBEventPtr = pevent;将事件控制块指针保存于任务控制块中

（2）去除任务在任务就绪表的就绪状态，注意没有包括任务控制块中的状态标志

（3）设置事件控制块中的任务等待表

至此任务被挂起！通过OS_Sched运行其他任务去了。

接下来的结果取决于，信号量是否在规定的等待时间内被释放。

在当前任务被挂起，而运行其他任务的同时，每个时钟节拍都会运行OSTimeTick中断函数，此函数会遍历所有任务，如果任务控制块中的状态标志为就绪的，且Dly等待值不为0，则将Dly减1，如果减1后刚好为0，则在任务就绪表中恢复该任务的就绪状态！

如果该就绪状态的任务恢复运行，此时任务控制块的状态标志仍为OS_STAT_SEM，运行OS_EventTO，做的事刚好和OS_EventTaskWait相反。

（1）OSTCBCur->OSTCBEventPtr = 0;

（2）设置任务控制块中的状态标志为就绪状态（去除OS_STAT_SEM状态）

（3）去除事件控制块中的任务等待表

此时返回OS_TIMEOUT。

但是如果在等待时间未过去，其他任务释放了信号量，OSSemPost能够在释放信号量的同时，恢复等待信号量的任务。等待信号量的任务恢复运行，此时任务控制块的状态标志不包含OS_STAT_SEM了，所以函数直接跳过第二个if语句，返回OS_NO_ERR。

释放信号量过程：

函数OSSemPost在对信号量的计数器操作之前，首先检查任务等待表中是否还有其他等待该信号的任务，如果没有，就把计数器加1，如果有，则调用OS_EventTaskRdy将任务等待表中最高优先级的任务设为就绪状态，并调用OSSched调度任务。

3. 应用

3.1申请函数和释放函数在同一任务中成对出现

main:

pevent = OSSemCreate(1);

task1：

OSSemPend(pevent, 0, err);

....

OSSemPost(pevent);

task2：

OSSemPend(pevent, 0, err);

....

OSSemPost(pevent);

当一个任务没有释放信号量，另一个任务在申请信号量时只能挂起直到信号量释放。

3.2 应用程序中有一个函数Fun()，如果想使任务M必须经过Y任务允许才能调用函数一次，可以使用信号量

main:

pevent = OSSemCreate(0);

task1：

OSSemPend(pevent, 0, err);

Fun();

task2：

OSSemPost(pevent);

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