第7讲任务同步与通信
ucos-II-任务通信与同步
任务的同步与一个通信初解操作系统就像就像一个好的家长，控制着资源的公平分配应用程序中的各个任务，必须通过彼此之间的有效合作，才能完成一项大规模的工作。
因为这些任务在运行时，经常需要相互无冲突地访问一个共享资源，或者需要相互支持和依赖，甚至有时候还需要互相加以必要的制约，才能保证任务的顺利进行。
因此操作系统必须具有对任务运行进行协调的能力，从而使任务之间可以无冲突，流畅的同步运行，而不致导致灾难性的后果。
这与人们依靠通信来相互沟通，从而使人际关系和谐，工作顺利的做法是一样的，计算机系统依靠任务间的良好通信来保证任务与任务的同步。
任何为任务所占用的实体都可以称为资源。
资源可以是输入输出设备，比如打印机，键盘显示器，资源也可以是一个变量，一个结构或者是一个数组。
1任务的同步和事件嵌入式系统中的各个任务是为同一个大的任务服务的子任务，他们不可避免的要共同使用一些资源，并且在处理一些需要多个任务共同协同来完成的工作时，还需要相互的支持和限制。
因此，对一个完善的多任务操作系统来说，系统必须具有完备的同步和通信机制任务的同步：为了实现各个任务之间的合作和无冲突的运行，在各个任务之间必须建立一些制约关系。
其中一种制约关系叫做直接制约关系，另一种制约关系叫做间接制约关系直接制约关系来自任务的合作：例如，有任务A和任务B两个任务，他们需要通过访问同一个数据缓冲区合作完成一项工作，任务A负责向缓冲区写入数据，任务B负责向缓冲区读取该数据。
显然，当任务A还未向缓冲区写入数据时（缓冲区为空时），任务B因不能从缓冲区得到有效地数据而应处于等待状态；只有等任务Ａ向缓冲区写入了数据之后，才应该通知任务Ｂ去读取数据。
相反，当缓冲区的数据还未被任务Ｂ读取时（缓冲区为满时），任务Ａ就不能向缓冲区写入新的数据而应该处于等待状态；只有当任务Ｂ自缓冲区读取数据后，才应该通知任务Ａ写入数据。
显然，如果这两个任务不能如此协调工作，将势必造成严重的后果。
操作系统7(任务同步)没讲
信号量更多的被用来实现任务间的同步以及任务和ISR 间的同步。
当任务需要与多个事件的发生同步时，可以使用事件标 4
志组：与同步、或同步。
2.单向同步
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单向同步没有数据交互。
任务使用信号量与ISR（或任务）同步的机制
这种情况下，可表明发布信号量的ISR或任务是否运行过5
信号量/任务内建信号量，实现两灯的同时亮灭 2）任务与中断的单向同步
建立一个led任务，初始化按键，当发生按键中断时， 点亮或熄灭led灯。
2、任务间的双向同步：信号量/任务内建信号量
建立两个串口打印任务，实现打印：“this is my”、”my first ucos-iii program”
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嵌入式实时操作系统
——μc/OS-III
第七讲 任务同步
1
电子与信息工程学院
主要内容
1、基本概念 2、单向同步 3、双向同步
利用消息队列双向同步 利用任务消息队列双向同步 4、多任务同步
2
1、基本概念
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嵌入式系统中的各个任务是为同一个大的任务服务的子 任务，不可避免的要共享某些资源或共同协作来完成某些工 作。为了实现各个任务之间的合作和无冲突的运行，在各任 务之间必须建立一些制约机制。任务之间的这种制约性的合 作运行机制即成为任务间的同步。
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两个任务可以通过使用两个消息队列进行双向同步。 任务和ISR之间无法实现双向同步。
在双向同步中，每个消息队列最多只能容纳一条消息， 在初始化时都为空。当左边的任务执行到同步点时，它向上 方的消息队列发布一条消息，然后等待下发消息队列的消息。 同意，当右边的任务执行到同步点时，它向下方的消息队列10 发布一条消息并等待上方消息队列中的消息。
进程的同步跟通信文档
第3章进程的同步与通信3.1基本点、重点和难点在多道程序系统中，程序的执行失去了封闭性和再现性，程序的运行具有不确定性，这是我们所不希望看到的。
如果多道程序系统中程序的执行不加控制，程序的每次执行就可能得到不同的结果。
如何使多道程序的执行的结果具有再现性和确定性？这就需要通过进程间的同步和互斥来实现，将原来无序的、不确定的程序的执行转换为有序的、确定的执行。
解决同步和互斥问题最常用的方法就是信号量的方法，通过在程序中使用P、V操作达到同步和互斥的目的。
在使用信号量和P、V操作时，很多学生觉得无从下手，感到困惑。
这主要是因为他们对进程的本质理解还不够深入、对多道程序设计的原理还不够清楚、对信号量的含义还不够明白造成的。
但这部分内容又是各类考试的必考点。
本章有很多经典问题，其解题的方法和答案在很多资料上都可以见到。
但这些解题的结果是专家们长期精炼而成的，初学者在开始时不可能得到这样的结果。
对于初学者而言，迫切想知道的已不单是解题的结果，而是问题解决的思考和分析过程。
为此，本章中对一些问题的解答给出了详细的分析过程。
3.1.1进程的同步和互斥的概念1. 同步(Synchronization)相互合作的进程需要在某些点上协调，先到达某点的进程需要等待后到达的进程，进程间的这种协调关系叫同步。
2. 互斥(Mutex)互斥是一种特殊的同步方式。
当多个进程需要使用相同的资源，而此资源在任一时刻却只能供一个进程使用，获得资源的进程可以继续执行，没有获得资源的进程必须等待。
进程间的这种相互排斥关系叫互斥。
3. 临界资源与临界区(Critical Resource and Critical Section)临界资源是一次只允许一个进程使用的资源。
临界区是在进程中操作临界资源的程序段。
3.1.2锁操作法实现互斥1．基本思想实现互斥的基本思想是使多个进程不能同时进入临界区。
给每个临界资源分配一个锁：锁打开时，进程进入临界区，将锁关闭，开始操作临界资源，离开临界区时，将锁打开；锁关闭时，需要进入临界区的进程要等待。
第七章 同步原理.ppt
应产生与帧起止时刻 一致的定时脉冲。 4. 网同步：通信网中要有统一的时间关系，保证网
内用户间可靠地进行数据传输与交换。
通信原理
同步实现方式分类
外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（导频），接 收端把这个导频提取出来作为同步信号的方 法。
通信原理
相关编码进行频谱变换
抑制载波双边带信号的导频插入
通信原理
载波
导频
通信原理
时域插入导频法
时分多址卫星通信中应用较多，它是按照一定 时间顺序，在指定的时间内发送载波，即把载 波插到每帧的数字序列中
通信原理
载波同步性能
高效率：减少功率消耗 高精度：减少频率相位误差 同步建立时间：短 同步保持时间：长
通信原理
位同步
位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定 时的过程
位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信 才需要， 并且不论基带传输还是频带传输都 需要位同步；
所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时 脉冲，相位则根据判决时信号波形决定。
通信原理
插入导频法： 在基带信号频谱的零点处插入所需的位定时导频信号
自同步法。 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法 从收到的信号中提取同步信息的方法。
自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以 把全部功率和带宽分配给信号传输，但复杂。
通信原理
同步分析
只有收发设备之间建立了同步后才能 开始传送信息，所以同步是进行信息传 输的必要和前提。同步性能的好坏又将 直接影响着通信系统的性能。如果出现 同步误差或失去同步就会导致通信系统 性能下降或通信中断。
通信原理
滤波法：自同步法
学习计算机操作系统中的进程间通信与同步机制
学习计算机操作系统中的进程间通信与同步机制操作系统是计算机系统中最关键的组成部分之一，它负责管理和协调计算机硬件设备与软件资源的使用。
而在操作系统中，进程是一个核心概念，它代表了正在运行的程序。
在多个进程同时运行时，如何实现进程间的通信和同步是一个重要的问题。
本文将介绍进程间通信和同步的概念、机制以及常见的实现方法，希望能帮助读者更好地理解和应用操作系统中的这些概念。
一、进程间通信的概念在一个操作系统中，不同的进程可能需要互相交换信息或共享资源，这就需要进程间进行通信。
进程间通信（Inter-process Communication，IPC）指的是不同进程之间进行数据交换的过程。
通过进程间通信，不同的进程可以在需要的时候互相发送和接收数据，以实现各种目的。
二、进程间通信的重要性进程间通信在操作系统中起着至关重要的作用。
首先，不同的进程之间可能需要共享资源，比如共享内存区域、文件或者设备等，通过进程间通信，可以实现对这些资源的有效共享和管理。
其次，进程间通信还可以实现进程的协作和数据交换，比如在并发编程中，不同的进程可以通过进程间通信来协调工作，共同完成任务。
因此，进程间通信是操作系统中必不可少的功能。
三、进程间通信的机制在操作系统中，有多种机制可以用来实现进程间的通信。
常见的进程间通信机制包括管道、信号量、消息队列、共享内存和套接字等。
下面将分别对这些机制进行介绍。
1. 管道（Pipe）管道是一种最基本的进程间通信机制，它可以用于在父子进程之间或者兄弟进程之间进行通信。
管道通常是单向的，通过将一个进程的输出连接到另一个进程的输入，实现数据的传输。
管道的优点是简单易用，但是只适用于具有亲缘关系的进程。
2. 信号量（Semaphore）信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制。
通过使用信号量，不同的进程可以协调工作，避免资源竞争和死锁的问题。
信号量可以用于对进程的访问权限进行控制，确保在某一时刻只有一个进程能够访问某项资源。
计算机网络通信原理同步技术课件
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计算机网络通信原理同步技术
2PSK的正频域频谱图
= A·AcSc(t) /2+ A·AcSc(t)/2+cos2cosωct+ ½ Ac2sin2ωct • 通过低通滤波器得到 A·AcSc(t)/2
• 如果用Accosωct时，得到 AcSc(t)/2+ Ac /2
注意：直流分量Ac /2对抽样判决有干扰。
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计算机网络通信原理同步技术
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计算机网络通信原理同步技术
SSB、DSB信号简介
• 假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为10MHz， 那么调制后信号将产生的主要频率： 10MHz + 500Hz=10.0005MHz —— 上边带（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz —— 下边带（LSB）
• 异步传输又称起止式传输，它采用独特的起始信号（起 始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐 次地传输，因此其传输效率较低。
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计算机网络通信原理同步技术
同步传输
• 在同步传输中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前 缀、后缀和控制信息形成了帧。
• 为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发 送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。
时域插入导频法接收端电路框图
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计算机网络通信原理同步技术
操作系统的进程间通信与同步
操作系统的进程间通信与同步进程是计算机系统中的基本执行单位，当多个进程同时运行时，它们之间需要进行通信和同步，以保证数据的正确性和系统的稳定性。
在操作系统中，进程间通信与同步是非常重要的概念和技术，本文将对其进行深入探讨。
一、进程间通信的概念进程间通信（Inter-Process Communication，简称IPC）是指进程之间交换数据和信息的机制和技术。
在现代操作系统中，进程往往是相互独立的，拥有自己的地址空间和资源，它们之间要进行数据传输、共享资源和协同工作，就需要使用进程间通信来实现。
进程间通信的目的是使进程能够共享数据、进行信息交换，并能够相互协调工作，以达到系统整体的高效和稳定。
二、进程间通信的方式在操作系统中，常见的进程间通信方式包括管道、消息队列、共享内存和信号量等。
1. 管道（Pipe）：管道是最基本的进程间通信方式之一，它是一种半双工的通信方式，具有先进先出的特点。
在管道中，一个进程作为数据的生产者，而另一个进程则作为数据的消费者。
管道可以实现单向数据流的传输，一般用于父子进程或者兄弟进程之间的通信。
2. 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种可以实现进程间异步通信的机制，它的通信方式基于消息缓冲区。
发送方将消息放入消息队列中，而接收方则从消息队列中读取消息。
消息队列可以实现多对多的进程间通信，并且具有消息的缓冲和异步通信的优势。
3. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种高效的进程间通信方式，它允许多个进程共享同一块物理内存。
在共享内存中，多个进程可以直接读写共享的内存区域，从而实现数据的共享和同步。
共享内存适用于需要频繁读写共享数据的进程间通信场景。
4. 信号量（Semaphore）：信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制，它可以控制对共享资源的访问。
通过对信号量进行加锁和解锁操作，多个进程可以实现对资源的互斥访问，从而避免竞争和冲突。
信号量在进程同步和互斥中起到了重要的作用。
chap6-任务的同步与通信
任务间互斥手段-1
C/OS-II采用多种方法保护任务之间的共 享数据和提供任务之间的通信。
利用宏OS_ENTER_CRITICAL( )和 OS_EXIT_CRITICAL( )关闭中断和打开中断。 当两个任务，或任务和中断服务子程序互斥访问数 据时，可以采用这种方法。
任务间互斥手段-2
利用函数OSSchedLock( )和OSSchekUnlock( ) 关闭任务调度和打开任务调度。 用这种方法可以实现任务间数据的互斥访问。
任务间通信手段-3（事件event）
µC/OS-II内核提供了事件机制，用于数据共享 和任务通讯的实现。 在事件机制支持下，内核提供了信号量、邮箱 和消息队列、互斥信号量，事件标志等功能， 用于任务间通信。 保护并发任务共享数据，提供任务通讯支持。 信号量、消息邮箱和消息队列等统称为事件。
事件的实现机制——ECB定义
µC/OS-II通过µc/os-II.h 中定义的OS_EVENT 数据结构维护一个事件控制块的所有信息。
该结构定义：
用于信号量的计数器
用于指向邮箱的指针 指向消息队列的指针数组 等待该事件所有任务的列表
该数据结构定义如下：
事件的实现机制——ECB定义-2
第六章 任务通信与同步
任务通信功能与需求
关闭中断方法
关闭任务调度方法 事件
事件机制
信号量 互斥信号量 消息邮箱 消息队列
信号量集
任务通信功能与需求
保护并发任务之间的共享数据 提供任务间同步关系 提供任务之间的通讯功能
任务的同步与通信
嵌入式系统开发--同步、互斥与通信
嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。
它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。
本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。
同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。
在嵌入式系统中，同步机制可以帮助我们避免竞态条件、死锁等问题，保证系统的正确性和可靠性。
常用的同步机制包括信号量、互斥锁、条件变量等。
互斥是指在多任务环境下，确保同一时间只有一个任务能够访问共享资源。
互斥机制可以防止多个任务同时修改同一数据，从而避免数据不一致和竞争条件。
常用的互斥机制包括互斥锁、读写锁等。
通信是指在不同任务或线程之间进行数据交换和消息传递。
在嵌入式系统中，通信机制可以帮助我们实现任务之间的协作和资源共享，提高系统的效率和响应速度。
常用的通信机制包括消息队列、共享内存、管道等。
在嵌入式系统开发中，合理地使用同步、互斥和通信机制，可以有效地提高系统的性能和稳定性。
然而，不当的使用也可能导致系统出现死锁、资源竞争等问题。
因此，在进行系统设计和编程时，我们需要仔细分析任务之间的关系，选择合适的同步、互斥和通信机制，并进行严格的测试和验证。
在下一部分，我们将详细讨论如何使用这些机制进行嵌入式系统开发。
我们将通过一些具体的例子，展示如何利用信号量、互斥锁、条件变量等实现任务同步，如何利用互斥锁、读写锁等实现任务互斥，以及如何利用消息队列、共享内存、管道等进行任务通信。
同时，我们还将探讨一些常见的同步、互斥和通信问题，并提供一些解决方案和最佳实践。
嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。
它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。
本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。
同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。
嵌入式操作系统_第7章 ucOS-II - 任务的同步互斥通信
IO)N；SO当就T_函8SE任绪USV数e务状EmON等P态S的TeS待n。e*返dmp的允如ePv回o时许果esnt间用值t参(/超参数/为信过数ti号已mttii量emmo创eeu的ootu被u建指tt时设设针的可置置信以一为结个0号，束等量则等待表的待时明状间指任态的针务而限。的进制入，等
待时间为无限长。 调用函数成功后，函数返回值为OS_ON_ERR，否则会根据具体 错误返回OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。
函块以8 位IO)表数，N；至函vOS赋o明TO把S_占数i8低号号优_EdS这以U成EMVO用O８ 先为值V是ESu员pOS这ENtMre无位级（M一SiNOTxo个uMTuCS个t效和（反该*te资uEre*pxet互xvpee）高转值Pa欲源Pevxete斥enevePn的，８现为(提ntneodT型dnts()y其t高位象0t从升,)p/信(/x的e他(/互/空８两而F赋互的号原任F斥事位部要斥以量时优型务型件型常用分提，为，先释信控信数然：来：升放信号级制号后O了存低的量号别S块量再该指_放８优为链指E）把信针V为位先有针表成，E号N了用级获效员量低T取避来别O_，。8TS一免存pY否位ErPv个i出放则oeE赋n。事_t现信M信C以件nUt常控的TE制数高X
4、uCOS-II-任务同步与通信-1
禁止,然后允许任务切换 :利用μC/OS_Ⅱ 函数调用
Entry section (进入区)
Critical section (临界区)
Exit section (退出区)
Remainder section (剩余区)
Until false
2020/8/23
OSSchedLock();
if (OSRunning == TRUE) { /* Make sure multitasking is running */ OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSLockNesting < 255) { /* Prevent OSLockNesting from wrapping
互斥信号量状态图
释放(递归) 锁定数减1
page 21
互斥信号量
所有权：当一个任务通过获取互斥信号量 而将其锁定时，得到该互斥信号量的所有 权。相反，当一个任务释放信号量时，失 去对其的所有权。
当一个任务拥有互斥信号量时，其他的任 务不能再锁定或释放它，即任务要释放互 斥信号量，必须事前先获取该信号量。
这通常称作测试并置位(Test-And-Set),或称作TAS。 TAS操作可能是微处理器的单独一条不会被中断的 指令，或者是在程序中关中断做TAS操作再开中断。
有的微处理器有硬件的TAS指令(如Motorola 68000系列,就 有这条指令)
2020/8/23
page 14
访问临界资源
Repeat
当运行到P1:request(D2)时，P1占用D1,但D2已经被P2占用， P1阻塞； 当运行到P2:request(D1)时，也将因为D1已被P1占用而阻塞， 产生死锁(条件： P1:request(D1), P2:request(D2))。 死锁：多个任务在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。 原因：竞争资源引起；任务间推进顺序非法。
进程同步与通信
消息通信中的同步问题3
根据发送进程和接收进程采取方式的不 同，通常有三种常用的组合方式：
非阻塞发送、阻塞接收。 非阻塞发送、非阻塞接收。 阻塞发送，阻塞接收。
习题
P65 3（1）、3（3）、3（9） 补充题：试用P、V操作实现下述进程间 的同步。
T1
T2
T3
T4
UNIX的进程同步与通信P195
Pipe涉及的数据结构
用户文件 描述符表 文件表
…
内存索引 节点表
…
外存
…
…
读进程 fp
… …
写进程 fp
文件指针 文件指针
…
索引节点
PIPE文件
…
…
…
pipe文件的大小限制 文件的大小限制
pipe文件只使用索引节点中的直接地址项。 核心将索引节点中的直接地址项作为一个 循环队列来管理，为它设置一个读指针和 一个写指针，按先进先出顺序进行读和写。
信号的处理
检查软中断信号的时机：
进入或退出低优先级睡眠状态 即将从核心态返回用户态
信号的处理方式：
忽略 缺省处理，即终止进程 执行用户设置的软中断处理程序
管道
管道是指能连接某些读进程和写进程的、专 门用于进程通信的共享文件。 管道允许读/写进程按先进先出的方式传送 数据，即写进程从管道的一端向管道写入数 据，读进程从管道的另一端读出数据。
信号的发送
信号的发送是指由发送进程把信号发送到指 定进程信号域的某一位上。 如果目标进程正在一个可被中断的优先级上 睡眠，核心便将它唤醒，发送过程就此结束。 一个进程可能在其信号域中有多个位被置位， 代表有多种类型的信号到达，但对于一类信 号，进程却只能记住其中的一个。
同步通信原理
同步通信原理同步通信原理是指在通信过程中，发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，以确保信息的准确和完整传输。
在同步通信中，发送方在发送数据之前必须等待接收方发送确认信号，确认接收方已经准备好接收数据，并且在接收数据之后发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。
同步通信原理的基本步骤如下：1. 发送方发起数据传输请求：发送方向接收方发送数据传输请求信号，告知接收方即将开始数据传输。
2. 接收方确认准备就绪：接收方接收到数据传输请求后，发送确认信号给发送方，表示已经准备好接收数据。
3. 发送方发送数据：接收到接收方的确认信号后，发送方开始发送数据。
4. 接收方确认接收：接收方在接收完数据后，发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。
同步通信原理的优点包括：1. 数据可靠性高：通过等待接收方的确认信号，可以确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。
2. 同步性强：发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，使得数据的传输速度更加稳定和可控。
3. 适用于实时性要求高的应用：同步通信原理可以在通信过程中实时地确认数据传输的状态，使得在实时性要求高的应用中得到更好的表现。
然而，同步通信原理也存在一些缺点：1. 通信效率相对较低：由于发送方需要等待接收方发送确认信号，因此在数据传输过程中会产生一定的延迟，导致通信效率相对较低。
2. 对于网络传输不稳定：如果网络传输不稳定或延迟较大，同步通信原理可能导致传输失败或延迟过高。
3. 对硬件资源要求较高：同步通信原理需要发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，因此需要较高的硬件资源支持。
总之，同步通信原理通过发送方和接收方的协调和配合，实现了数据的准确和完整传输。
在实际应用中，我们需要根据具体的通信需求和网络环境选择合适的通信原理。
arm任务的同步与通信
函数参数
函数返回 值
特殊说明
(1)使用这个函数调用时，必须特别小心，因为其它任务可能还要用这个信号量 (2)当挂起任务就绪时，中断关闭时间与挂起任务数目有关 (3)其它任务并不知道信号量被删除，除非检查pevent是否指向NULL
计数器 能容纳的人数） （能容纳的人数） 禁止其它客 人进入 没有空位，不 有空位，能再 能再容纳客人 容纳1位客人
0 1 2 3
人
酒店 人
信号量 信号量就像通行证，且通行证的数目是有限的， 任务要运行下去就必须先拿到通行证。如果信号量已 被别的任务占用，那么该任务只能被挂起，直到信号 量被当前使用者释放为止。 信 号 量 的 值 可 以 是 0 到 255 、 0 到 65535 或 0 到 4294967295，取决于信号量规约机制使用的是8位、 16位还是32位。到底是几位，实际上取决于用的是 哪种内核。对于μC/OS-II来说，信号量使用16位， 其取值范围为0～65535。
OSTCBCur->OSTCBStat |= OS_STAT_SEM; OSTCBCur->OSTCBDly = timeout; OS_EventTaskWait(pevent); OS_EXIT_CRITICAL(); OS_Sched(); OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSTCBCur->OSTCBStat & OS_STAT_SEM) { OS_EventTO(pevent); OS_EXIT_CRITICAL(); *err = OS_TIMEOUT; return; } OSTCBCur->OSTCBEventPtr = (OS_EVENT *)0; OS_EXIT_CRITICAL(); *err = OS_NO_ERR; }
任务同步与通信
发送信号量 OSSemPost()
无等待地请求信号量 OSSemAccept() 查询信号量的当前状态 OSSemQuery()
2019/1/7
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《嵌入式系统设计》
µC/OS-II中的信号量由两部分组成：一个是信号 量的计数值，它是一个16位的无符号整数（0 到 65,535之间）；另一个是由等待该信号量的任 务组成的等待任务表 ； 如果信号量是用于对共享资源的访问，那么该信 号量的初始值应设为1（例如，把它当作二值信 号量使用）。最后，如果该信号量是用来表示允 许任务访问n个相同的资源，那么该初始值显然 应该是n，并把该信号量作为一个可计数的信号 量使用；
该函数的调用参数只有一个，就是指向需要初始 化的事件控制块的指针pevent。
2019/1/7
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《嵌入式系统设计》
使一个任务进入就绪态OSEventTaskRdy()
当发生了某个事件，该事件对应的OSSemPost()， OSMboxPost()，OSQPost()，和OSQPostFront()函数调用 OSEventTaskRdy();
2019/1/7 16
《嵌入式系统设计》
µC/OS-II提供了5个对信号量进行操作的函数：OSSemCreate()， OSSemPend()，OSSemPost()，OSSemAccept()和OSSemQuery()
该函数将当前任务从就绪任务表中删除，并放到相应事 件的事件控制块的等待任务表中；
2019/1/7
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《嵌入式系统设计》
等待超时而将任务置为就绪态 OSEventTO()
实时系统中的任务间通信与同步方法
实时系统中的任务间通信与同步方法1. 引言实时系统是一种对时间敏感的计算机系统，在许多关键领域，如航天、航空、交通、工业控制等都得到广泛应用。
实时系统中的任务间通信和同步是实时性能得以保证的关键因素。
本文将探讨实时系统中的任务间通信与同步方法，并介绍其基本概念和常用技术。
2. 实时系统概述实时系统是一种要求任务在给定时间限制内完成的计算机系统。
它与一般的计算机系统相比，对时间要求更为严格。
在实时系统中，任务间通信和同步是实现任务协调与合作的关键机制。
3. 任务间通信方法实时系统中的任务间通信方法多种多样，常见的有共享变量、消息传递和管道通信等。
共享变量共享变量是一种常用的任务间通信方式。
多个任务可以通过读写共享变量来进行数据交互和同步操作。
但是，共享变量的使用需要注意数据一致性和竞态条件的问题，必须采取合适的同步机制，如信号量、互斥锁等来保证数据的正确性和互斥性。
消息传递消息传递是实时系统中常用的任务间通信方式之一。
通过发送和接收消息来实现任务之间的数据交流。
消息传递可以通过硬件中断、共享内存、消息队列等方式实现。
消息传递的优点是可以控制通信的粒度和优先级，但也需要考虑消息丢失和延迟的问题。
管道通信管道通信是一种常见的任务间通信方法，通过管道进行数据传输和同步。
管道可以是有名称或者匿名的，可以在同一进程中的不同线程间使用，也可以在不同进程间使用。
管道通信常用于生产者-消费者模型的任务协作。
4. 任务间同步方法实时系统中的任务间同步是保证任务按照一定序列执行的关键机制。
常见的任务间同步方法包括信号量、条件变量和屏障等。
信号量信号量是一种用于进程同步的技术。
通过对信号量的P原语和V 原语操作，可以实现进程的互斥、同步和优先级控制等功能。
信号量可用于解决多个任务对共享资源的互斥访问问题，也可以用于任务的同步操作。
条件变量条件变量是一种用于线程同步的技术。
通过条件变量的等待和唤醒操作，可以实现线程之间的通信和同步。
实时系统中的任务间通信与同步方法(七)
实时系统中的任务间通信与同步方法实时系统是一种对任务响应时间有严格要求的计算机系统。
在实时系统中，任务之间的通信与同步是至关重要的，它们直接影响系统的性能和可靠性。
本文将讨论实时系统中的任务间通信与同步方法，并介绍几种常见的实践经验。
一、任务间通信方法在实时系统中，任务之间的通信可以通过多种方式实现。
以下是其中几种常见的方法：1. 共享内存：共享内存是最快速、最直接的通信方法之一。
它通过任务之间共享一块内存区域，使得任务可以直接读写共享变量。
但是，由于共享内存的读写操作没有任何同步保护机制，可能会导致数据不一致或竞态条件等问题。
因此，在使用共享内存进行任务间通信时，必须确保正确的同步机制。
2. 消息传递：消息传递是一种通过发送和接收消息来进行任务间通信的方法。
在实时系统中，可以通过使用消息队列、管道、信号量等机制来实现消息传递。
消息传递具有较好的可扩展性和可维护性，并且可以通过合适的同步机制来避免竞态条件和数据一致性的问题。
3. 信号量：信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制。
在实时系统中，可以使用信号量来控制任务之间的访问顺序，避免资源抢占和死锁等问题。
信号量的使用需要合适的初始化和释放操作，确保正确的同步和互斥。
二、任务间同步方法在实时系统中，任务间的同步对于保证系统的正确性和可靠性非常重要。
以下是几种常见的任务间同步方法：1. 互斥：互斥是一种保证同一时间只有一个任务访问共享资源的机制。
最常见的互斥机制是使用互斥锁，通过对共享资源加锁和解锁来控制任务的访问。
互斥的实现需要谨慎处理竞态条件和死锁等问题。
2. 条件变量：条件变量是一种用于在任务间传递信号和等待的机制。
通过使用条件变量，任务可以在满足特定条件之前进入等待状态，待条件满足后再被唤醒继续执行。
条件变量常与互斥锁配合使用，确保等待和唤醒的正确性。
3. 屏障：屏障是一种用于同步多个任务的机制。
当多个任务到达屏障时，它们将被阻塞，直到所有任务都到达屏障后才能继续执行。
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2. 邮箱
邮箱 建立一个邮箱OSMboxCreate() 等待一个邮箱中的消息OSMboxPend() 发送一个消息到邮箱中OSMboxPost() 无等待地从邮箱中得到一个消息OSMboxAccept() 查询一个邮箱的状态OSMboxQuery()
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与任务就绪列表类 似！
等待事件任务列表
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当一个事件发生后， 等待事件列表中优先 级最高的任务（即在 OSEventTbl[] &OSEventGrp中所有 被置1的位中优先级数 1 值最小的任务）得到 该事件
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µC/OS-II提供了5个对信号量进行操作的函数：OSSemCreate()， OSSemPend()，OSSemPost()，OSSemAccept()和OSSemQuery()
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参数
pevent 是指向信号量的指针。该指针的值在建立该信号量时 可以得到。
返回值
OSSemPost（）函数的返回值为下述之一： OS_NO_ERR ：信号量成功的置起 OS_SEM_OVF ：信号量的值溢出 OS_ERR_EVENT_TYPE ：pevent 不是指向信号量的指针。
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查询信号量的当前状态 OSSemQuery()
OSSemQuery（）函数用于获取某个信号量的信息：可以得知是否 有，以及有多少任务位于信号量的任务等待队列中； 使用OSSemQuery（）之前，应用程序需要先创立类型为 OS_SEM_DATA的数据结构，用来保存从信号量的事件控制块中取 得的数据； 参数
该函数的调用参数只有一个，就是指向需要初始 化的事件控制块的指针pevent。
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使一个任务进入就绪态OSEventTaskRdy()
当发生了某个事件，该事件对应的OSSemPost()， OSMboxPost()，OSQPost()，和OSQPostFront()函数调用 OSEventTaskRdy(); 该函数从等待任务队列中删除HPT任务（Highest Priority Task），并把该任务置于就绪态；
当调用OSSemAccept（）函数时，设备信号量的值大于零，说 明设备就绪，这个值被返回调用者，设备信号量的值减一； 果调用OSSemAccept（）函数时，设备信号量的值等于零，说 明设备没有就绪，返回零；
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事件控制块ECB
µC/OS-II通过定义的OS_EVENT数据结构（事件 控制块ECB）来维护一个事件控制块的所有信息； 该结构中除了包含了：
事件本身的定义，如用于信号量的计数器，用于指向 邮箱的指针，以及指向消息队列的指针数组等； 等待该事件的所有任务的列表；
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邮箱
邮箱是µC/OS-II中另一种通讯机制； 它可以使一个任务或者中断服务子程序向另一个任务发 送一个指针型的变量； 该指针指向一个包含了特定“消息”的数据结构； µC/OS-II提供了5种对邮箱的操作： C/OS-II 5
OSMboxCreate() OSMboxPend() OSMboxPost() OSMboxAccept() OSMboxQuery()
OSEventWaitListInit() OSEventTaskRdy() OSEventWait() OSEventTO()
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初始化一个事件控制块OSEventWaitListInit()
当建立一个信号量、邮箱或者消息队列时，相应的建立函 数OSSemCreate()，OSMboxCreate()，或者OSQCreate() 通过调用OSEventWaitListInit()对事件控制块中的等待任 务列表进行初始化；
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建立信号量OSSemCreate()
OSSemCreate（）函数建立并初始化一个信号量。信号 量的作用如下：
允许一个任务和其他任务或者中断同步 取得设备的使用权 标志事件的发生
参数
value 参数是建立的信号量的初始值，可以取0到65535之间的任何 值。
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发送信号量 OSSemPost()
OSSemPost（）函数置起指定的信号量：
如果指定的信号量是零或大于零，OSSemPost（）函数递增该 信号量并返回。 如果有任何任务在等待信号量，最高优先级的任务将得到信号 量并进入就绪状态。
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对于事件控制块进行的一些通用操作包括：
初始化一个事件控制块 使一个任务进入就绪态 使一个任务进入等待该事件的状态 因为等待超时而使一个任务进入就绪态 µC/OS-II将上面的操作用4个系统函数实现，它们是：
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OSEventType定义了事件的具体类型，可以是：
信号量（OS_EVENT_SEM）； 邮箱（OS_EVENT_TYPE_MBOX）； 或消息队列（OS_EVENT_TYPE_Q）中的一种；
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返回值
返回指向分配给所建立的信号量的事件控制块的指针。如果没 有可用的事件控制块，OSSemCreate（）函数返回空指针。
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等待信号量 OSSemPend()
OSSemPend（）函数用于任务试图取得设备的 使用权，任务需要和其他任务或中断同步，任务 需要等待特定事件的发生的场合； 如果任务调用OSSemPend（）函数时，信号量 的值大于零，OSSemPend（）函数递减该值并 返回该值。 如果调用时信号量等于零，OSSemPend（）函 数函数将任务加入该信号量的等待队列。 OSSemPend（）函数挂起当前任务直到其他的 任务或中断置起信号量或超出等待的预期时间。
该函数将当前任务从就绪任务表中删除，并放到相应事 件的事件控制块的等待任务表中；
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等待超时而将任务置为就绪态 OSEventTO()
当在预先指定的时间内任务等待的事件没有发生时， OSTimeTick()函数会因为等待超时而将任务的状态置为 就绪； 在这种情况下，事件的OSSemPend()，OSMboxPend() 或者OSQPend()函数会调用OSEventTO()来完成这项工 作； 该函数负责从事件控制块中的等待任务列表里将任务删 除，并把它置成就绪状态；
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事件控制块的总数由用户所需要的信号量、邮箱和消息 队列的总数决定； 该值由OS_CFG.H 中的#define OS_MAX_EVENTS定义； 在调用OSInit()时，所有事件控制块被链接成一个单向 链表——空闲事件控制块链表； 每当建立一个信号量、邮箱或者消息队列时，就从该链 表中取出一个空闲事件控制块，并对它进行初始化； 因为信号量、邮箱和消息队列一旦建立就不能删除，所 以事件控制块也不能放回到空闲事件控制块链表中；
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2. 信号量
信号量 建立信号量OSSemCreate() 等待信号量 OSSemPend() 发送信号量 OSSemPost() 无等待地请求信号量 OSSemAccept() 查询信号量的当前状态 OSSemQuery()
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使一个任务进入等待某事件发生状态 OSEventTaskWait()
当某个任务要等待一个事件的发生时，相应事件的 OSSemPend()，OSMboxPend()或者OSQPend()函数会 调用该函数OSEventTaskWait();
Err 是指向包含错误码的变量的指针。OSSemPend（） OSSemPend 函数返回的错误码可能为下述几种：
OS_NO_ERR ：信号量不为零。 OS_TIMEOUT ：信号量没有在指定的周期数内置起。 OS_ERR_PEND_ISR ：从中断调用该函数。虽然规定了不允许 从中断调用该函数，但µC/OS-Ⅱ仍然包含了检测这种情况的功 能。 OS_ERR_EVENT_TYPE ：pevent 不是指向信号量的指针；
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无等待地请求信号量 OSSemAccept()
当一个任务请求一个信号量时，如果该信号量暂时无效， 也可以让该任务简单地返回，而不是进入睡眠等待状态， 这种情况下的操作是由OSSemAccept()函数完成的 ； 参数
pevent 是指向需要查询的设备的信号量；
返回值
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参数
pevent 是指向信号量的指针。该指针的值在建立该信号量时 可以得到。（参考OSSemCreate（）函数）。 Timeout 允许一个任务在经过了指定数目的时钟节拍后还没有 得到需要的信号量时恢复运行状态。