μC／OS－III對信號量的改進

引言
μC／OS是一個基于優(yōu)先級調(diào)度的可剝奪型實時多任務內(nèi)核。在多任務的實時內(nèi)核中，信號量是常用的機制，可以用來實現(xiàn)對共享資源的訪問、任務之間的通信和同步，以及任務和中斷的同步等功能。μC／OS—II中提供了等待和釋放信號量等最基本的服務，而在μC／OS—III中，對信號量的使用增加了一些可選的模式，如非阻塞等待、釋放但不進行任務調(diào)度等，提高了使用的靈活性。更重要的是，在μC／OS—III中還新增了任務內(nèi)嵌的信號量，用戶程序無需建立信號量便可和任務直接通信，比普通信號量更加簡單高效。本文將分析對比μC／OS—II和μC／OS—III中信號量內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異以及μC／OS—III新增的特性。

1 μC／OS—II中信號量內(nèi)部結(jié)構(gòu)
在μC／OS—II中，信號量直接使用內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OS EVENT，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：


其中，和信號量相關(guān)的最重要的就是OSEventCnt、OSEventGrp和OSEventTbl[]。OSEventCnt記錄的是信號量的有效值。OSEventTbl[]是一個位映射表，以64級優(yōu)先級為例，OSEventTbl[]將是一個8×8的位映射表，如果某優(yōu)先級下有任務在等待該事件，則OSEventTbl[]中對應的位將被置1。為了加快查詢過程，又將64級優(yōu)先級分為8組，用一個8位的整型OSEventGrp來記錄每一組的狀態(tài)。可見，OSEventGrp和OSEve ntTbl[]跟就緒表中的OSRdyGrp和OSRdyTbl[]結(jié)構(gòu)是一模一樣的，區(qū)別僅僅在于前者記錄的是等待該事件的任務的狀態(tài)，而后者記錄的是系統(tǒng)中就緒的任務的狀態(tài)。而兩者的查找過程是一樣的，都是通過“掩碼表”來快速得到列表中優(yōu)先級最高的任務。
μC／OS—II提供的信號量相關(guān)的最常用的幾個API函數(shù)如下：

在使用信號量前必須先新建一個信號量，并指定其初始值。當信號量用于對共享資源的訪問時，該值應初始化為實際可用的共享資源數(shù)；當信號量用來實現(xiàn)任務的同步，則初始值應設為0。調(diào)用等待信號量的OSSemPend()函數(shù)時可以指定超時選項timeout，在指定的時間內(nèi)如果沒有獲得信號量則任務會超時返回。釋放信號量時，如果有任務在等待，內(nèi)核會通過查找OSEventGrp和OSEventTbl[]獲得等待任務中優(yōu)先級最高的任務，該任務將獲得信號量從而轉(zhuǎn)入就緒態(tài)，內(nèi)核會進行任務調(diào)度。如果獲得信號量的任務比正在執(zhí)行的任務優(yōu)先級還高，則會進行任務切換。

2 μC／OS-Ⅲ中信號量內(nèi)部結(jié)構(gòu)
在μC／OS—III中，信號量類型的結(jié)構(gòu)有所變化，并沒有和μC／OS—II一樣繼續(xù)采用和“就緒表”類似的結(jié)構(gòu)，而是采用一個“等待列表”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄等待信號量的任務。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

從上述結(jié)構(gòu)可以看出，μC／OS—III的信號量結(jié)構(gòu)中新增了一個時間戳TS，用來記錄最近一次釋放信號量(或者是取消等待、刪除信號量)的時間。而等待信號量的任務列表則通過一個新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OS_PEND_LIST來記錄，如圖1所示。