操作系统6(内核对象)
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任务可以设定等待的事件的“或”、“与”的机制。
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电子与信息工程学院
定义事件标志组的 位。
该程序中定义了一 个类型为OS_FLAG_GRP 的MyEventFlagGrp的变 量。
创建名为“My Event Flag Group”的 事件标志组，并且将该 标志组中所有的位定义 为0。
等待事件标志组
事件标志组中每一个事件标志的含义由应用程序决定，应用程 序可以根据需要使用事件标志组。
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电子与信息工程学院
事件标志组挂起表 任务可以等待事件标志组中的任 意个事件标志（事件标志组的任意子 集）。
类似于其他等待函数，这里调用 任务也可以设定一个超时时间，如果 等待的事件标志组在设定的时间（以 时钟节拍为单位）内没有发布，那么 被挂起的任务进入就绪态。
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Tas电k0(子) 与信息工程学院
{ OS_ERR err;
……
OS_SEM mysem;
while(1)
{ ……
Main()
OSSemPend(&mysem,
{
0,
OS_ERR err;
OS_OPT_PEND_BLOCKING,
OSInit(&err);
&ts,
……
&err);
OSSemCreate(&mysem,
消息指针可以指向一块数据区甚至一个函数。
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电子与信息工程学院
消息的内容必须一直保持可见性（可见性是指代表消息的 变量必须在接收消息的任务代码范围内有效），发布的数据采 用的是指针传递不是值传递，发布方和接收方需对数据的内容 和含义达成约定。
消息可以通过消息队列（message queue）作为中介发布 给任务，也可以直接发布给任务。
说明 建立一个信号量 删除一个信号量 等待一个信号量 取消等待 释放或者发出一个信号量 强制设置一个信号量
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电子与信息工程学院
1）
二
进
信号量要先于调用它的任务之前
制
被创建
信
号
量
信号量 计数器初值
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电子与信息工程学院
二
进
制
信
号
量
的
应
用
|
|
资
源
共
享
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ห้องสมุดไป่ตู้
电子与信息工程学院
二
进
制
信
号
量
的
应
用
|
|
单
向
同
步
电子与信息工程学院
17
注意：
电子与信息工程学院
1、Uc/os-iii二进制与计数型信号量并不加以区分对待。如果 创建信号量时将信号量计数器初始化为1，则是一个二进制信号 量，如果初始值为大于1的值，则是一个计数型的信号量。
2、 Uc/os-iii中，即便在信号量在创建时初始化计数器为1， 系统也不会限制信号量计数的上限值。
24
1、信号量
电子与信息工程学院
1.4任务信号量
每个任务都有内建的信号量，通过任务内建的信号量不仅 可以简化代码而且更加有效。
ucos-iii中的任务信号量服务函数以OSTaskSem？？（） 开头。
任务信号量内嵌在ucos-iii中，在编译时，不能像其他服 务函数那样被禁用。
任务信号量的代码在os_task.c文件中。
任务务使或用I阻S塞R管型理等的待。，
响并应且这要些“状消态费信掉息”
的该任事务件可标通志过。调用
非阻塞式等待函数
来监控相关的事件
34
标志。
指定向哪个 事件标志组发布 事件标志。
指定ISR(或 任务)想要置位 （清零）事件标 志组中的哪些事 件标志。
置位或清零。
OS_OPT_POST_FLAG_SET OS_OPT_POST_FLAG_CLR
等待一个互斥型信号量
OSMutexPendAbort()
取消等待
OSMutexPost()
释放或者发布一个互斥型信 号量
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互斥信号量的内部结构
程序代码决不能直接访问该数据结构的内部成员，而应该23 使用系统提供的API函数。
互斥信号量挂起表
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考虑：什么情况下，使用互斥信号量？
……
“mysem”,
}
0,
}
&err); …… OSTaskCreate(……); …… OSStart(&err); …… }
Task1() { OS_ERR err;
…… while(1) { ……
OSSemPost(&mysem, OS_POST_1
&ts,
&err);
……
}
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}
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如果当事件发生时，用户明确知道该给哪个任务发信号， 就可以使用任务信号量。
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电子与信息工程学院
26
等待任务信号量
电子与信息工程学院
27
发送任务信号量
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28
电子与信息工程学院
2、事件标志组
2.1基本概念 typedef CPU_INT32U
OS_FLAGS;
当 任务需 要与多 个事件 的发生 同步时， 可以使 用事件 标志组。
2
1、信号量
电子与信息工程学院
1.1基本概念
信号量像是一种上锁机制，代码必须获得对应的钥匙才 能继续执行。
信号量通常分为两种：二进制信号量、计数型信号量。 二进制信号量的值只能为0、1，计数型信号量可以取0~2^8-1、 0~2^16-1或者0~2^32-1。
信号量的最大值由OS_SEM_CTR（os_type.h）决定， 用户可以根据需要自行定义。
说明
创建事件标志组
删除事件标志组
等待事件标志
取消等待事件标志
获取使任务就绪的事件标志
向事件标志组发布标志
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2、事件标志组
2.2内部结构
Os_type.h typedef CPU_INT32U
OS_FLAGS;
Uc/在o使s-用ii之i中前的一事定件要先标创志建组事是件OS标_F志LA组G_。GR用P类户型需的要内在核启对动象， 由uc多/o个s-事ii件i之标前志，组或成在（启8位动、任1务6位中、创3建2位事）件。标志组。
…… while(1) { ……
OSSemPend(&mysem2, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &err);
…… OSSemPost(&mysem1, OS_POST_1， &ts, &err); } }
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2）计数型信号量 计数型信号量用于某资源可以同时为几个任务所用时。 Eg.计数型信号量 可以用来管理缓 冲池。
互斥信号量可以解决优先级反转的问题。
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优先级反转
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使 用 互 斥 信 号 量 访 问 共 享 资 源
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互斥型信号量相关函数
函数名
说明
OSMutexCreate()
建立一个互斥型信号量
OSMutexDel()
删除一个互斥型信号量
OSMutexPend()
电子与信息工程学院
Task0() { OS_ERR err;
…… while(1) { ……
OSSemPend(&mysem1, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &err);
…… OSSemPost(&mysem2,OS_POST_1,&ts, &err); } }
Task1() { OS_ERR err;
信号量是一种被定义为OS_SEM数据类型的内核对象。 若将OS_CFG_SEM_EN=1，在编译时，系统的信号量服 13 务就会被使能。
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任务挂起表： 任务挂起表记录的是等待某个内核对象的任务。
任务挂起表是一个类型为OS_PEND_LIST的数据结构，包含 三个成员：
.NbrEntries挂起表中等待该内核对象的任务。 .TailPtr指向挂起表中最后一个任务（优先级最低）。 .HeadPtr指向挂起表中第一个任务（优先级最高）。
3、如果使用信号量来进行系统资源管理，那么信号量的初值应 该设置为该信号量所对应的系统资源数目。如果信号量仅用于 信号机制，则该值应该设置为0.
4、即便用户了解了OS_SEM数据类型的内部细节，程序代码也决
不能直接访问器数据结构的内部成员，而是应该使用系统提供
的API函数。
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1、信号量
电子与信息工程学院
11
电子与信息工程学院
信号量使用注意事项 1）访问共享资源时引入信号量并不会增加系统的中断延迟。 2）程序中可以使用任意多的信号量来保护各种资源。 3）请求和释放信号量的过程是相当耗费时间的。 4）实时系统中使用信号量有可能导致一个严重问题——优 先级反转。
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1、信号量
1.2内部结构
电子与信息工程学院
电子与信息工程学院
嵌入式实时操作系统
——μc/OS-III
第六讲 内核对象
1
电子与信息工程学院
主要内容
1、信号量
1.1基本概念 1.2内部结构 1.3互斥信号量 1.4任务信号量
2、事件标志组
2.1基本概念 2.2内部结构
3、消息与消息队列 3.1基本概念 3.2内部结构 3.3任务内建消息队列 eg. 3.4流量控制 3.5保持数据可见性 3.6使用消息队列
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3、消息与消息队列
3.1基本概念
一个任务或者ISR有时候需要和另一个任务交流信息，这 个信息传递的过程称为任务间的通信。
任务间的信息传递可以通过两种途径实现：全局变量或消 息。
任务与中断服务程序通信，只能通过全局变量。
一则消息包含：指向数据的指针、表明数据的长度的变量、 记录消息发布时刻的时间戳。
.RdyObjPtr 在任务等待多个内核对象的情况下，指向已经准备就 绪的内核对象。 .RdyMsgPtr 在任务等待多个内核对象的情况下，指向通过 OSQPost()函数发布 信息。 .RdyTS 时间戳，记录内核对象被释放（post）的时刻，用于任16务 等待多个内核对象的情况。
两 个 任 务 同 时 等 待 一 个 信 号 量。
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任务和ISR都可以发布事件标志。但只有任务可以创建、 删除事件标志组以及取消其他任务对事件标志组的等待。
任务可以等待事件标志组中的任意个事件标志，如果等 待超时，那么任务则进入就绪态。
函数名 OSFlagCreate() OSFlagDel() OSFlagPend() OSFlagPendAbort() OSFlagPendGetFlagsRdy() OSFlagPost()
中的第1位和第2位的
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任一事件发生。
事件标志通常 有两种用途：状态 信息监控和瞬态事 件监控。
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任务汇或报IS的R可瞬以
汇时报事状件态可信能息是。开状关
态被信按息下不、应运该动被传等感
待器这探些测事到件一的个任目务标
“等消。费一掉般”情，况因下为，
这响些应状这态些信事息件是的由任
二
进
制
信
号
量
的
应
用
|
|
双
向
同
步
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OS_SEM mysem1; OS_SEM mysem2;
Main() {
OS_ERR err; OSInit(&err); …… OSSemCreate(&mysem1,
“mysem1”, 0, &err); OSSemCreate(&mysem2, “mysem2”, 0, &err); …… OSTaskCreate(……); …… OSStart(&err); …… }
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.PrevPtr 指向的是等待该内核对象的更高或相同 优先级的任务。 .NextPtr 指向的是等待该内核对象的较低或相同 优先级的任务。 .TCBPtr 指向等待该内核对象的任务的控制块 OS_TCB。 .PendObjPtr 指向任务正在等待的内核对象，内 核对象可能是一个信号量、互斥信号量、事件标 志组或者消息队列，这些内核对象有一个共同的 数据结构。
在共享资源时，只有任务可以使用信号量，中断服务程 序不能使用。
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信号量是一种内核对象，定义在数据结构os_sem.c中， 其数据类型为OS_SEM。
函数名 OSSemCreate() OSSemDel() OSSemPend() OSSemPendAbort() OSSemPost() OSSemSet()
内核对象如信号量、互斥信号量、事件标志组、消息队列
中都有一个OS_PEND_LIST类型的等待表。
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信号量的挂起列表 OS_PEND_DATA数据结构
PendList
该数据 结构会在任 务被放入任 务挂起时动 态分配到该 任务的堆栈 空间中。
任务挂起表并不直接指向任务的控制块OS_TCB,而是指向 一个OS_PEND_DATA类型的数据结构。
1.3互斥信号量
互斥信号量是一种特殊的二进制信号量，是一种被定义 为OS_MUTEX数据类型的内核对象，只能被任务使用。
应用程序可以使用无限多个互斥信号量。
uc/os-iii允许用户嵌套使用互斥型信号量。一旦一个任 务获得了一个互斥信号量，则该任务最多可以对该互斥信 号量嵌套使用250次。该任务也必须释放相应的次数才能真 正释放该互斥信号量。
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定义事件标志组的 位。
该程序中定义了一 个类型为OS_FLAG_GRP 的MyEventFlagGrp的变 量。
创建名为“My Event Flag Group”的 事件标志组，并且将该 标志组中所有的位定义 为0。
等待事件标志组
事件标志组中每一个事件标志的含义由应用程序决定，应用程 序可以根据需要使用事件标志组。
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事件标志组挂起表 任务可以等待事件标志组中的任 意个事件标志（事件标志组的任意子 集）。
类似于其他等待函数，这里调用 任务也可以设定一个超时时间，如果 等待的事件标志组在设定的时间（以 时钟节拍为单位）内没有发布，那么 被挂起的任务进入就绪态。
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{ OS_ERR err;
……
OS_SEM mysem;
while(1)
{ ……
Main()
OSSemPend(&mysem,
{
0,
OS_ERR err;
OS_OPT_PEND_BLOCKING,
OSInit(&err);
&ts,
……
&err);
OSSemCreate(&mysem,
消息指针可以指向一块数据区甚至一个函数。
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消息的内容必须一直保持可见性（可见性是指代表消息的 变量必须在接收消息的任务代码范围内有效），发布的数据采 用的是指针传递不是值传递，发布方和接收方需对数据的内容 和含义达成约定。
消息可以通过消息队列（message queue）作为中介发布 给任务，也可以直接发布给任务。
说明 建立一个信号量 删除一个信号量 等待一个信号量 取消等待 释放或者发出一个信号量 强制设置一个信号量
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1）
二
进
信号量要先于调用它的任务之前
制
被创建
信
号
量
信号量 计数器初值
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二
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信
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二
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注意：
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1、Uc/os-iii二进制与计数型信号量并不加以区分对待。如果 创建信号量时将信号量计数器初始化为1，则是一个二进制信号 量，如果初始值为大于1的值，则是一个计数型的信号量。
2、 Uc/os-iii中，即便在信号量在创建时初始化计数器为1， 系统也不会限制信号量计数的上限值。
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1、信号量
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1.4任务信号量
每个任务都有内建的信号量，通过任务内建的信号量不仅 可以简化代码而且更加有效。
ucos-iii中的任务信号量服务函数以OSTaskSem？？（） 开头。
任务信号量内嵌在ucos-iii中，在编译时，不能像其他服 务函数那样被禁用。
任务信号量的代码在os_task.c文件中。
任务务使或用I阻S塞R管型理等的待。，
响并应且这要些“状消态费信掉息”
的该任事务件可标通志过。调用
非阻塞式等待函数
来监控相关的事件
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标志。
指定向哪个 事件标志组发布 事件标志。
指定ISR(或 任务)想要置位 （清零）事件标 志组中的哪些事 件标志。
置位或清零。
OS_OPT_POST_FLAG_SET OS_OPT_POST_FLAG_CLR
等待一个互斥型信号量
OSMutexPendAbort()
取消等待
OSMutexPost()
释放或者发布一个互斥型信 号量
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互斥信号量的内部结构
程序代码决不能直接访问该数据结构的内部成员，而应该23 使用系统提供的API函数。
互斥信号量挂起表
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考虑：什么情况下，使用互斥信号量？
……
“mysem”,
}
0,
}
&err); …… OSTaskCreate(……); …… OSStart(&err); …… }
Task1() { OS_ERR err;
…… while(1) { ……
OSSemPost(&mysem, OS_POST_1
&ts,
&err);
……
}
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}
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如果当事件发生时，用户明确知道该给哪个任务发信号， 就可以使用任务信号量。
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等待任务信号量
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发送任务信号量
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2、事件标志组
2.1基本概念 typedef CPU_INT32U
OS_FLAGS;
当 任务需 要与多 个事件 的发生 同步时， 可以使 用事件 标志组。
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1、信号量
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1.1基本概念
信号量像是一种上锁机制，代码必须获得对应的钥匙才 能继续执行。
信号量通常分为两种：二进制信号量、计数型信号量。 二进制信号量的值只能为0、1，计数型信号量可以取0~2^8-1、 0~2^16-1或者0~2^32-1。
信号量的最大值由OS_SEM_CTR（os_type.h）决定， 用户可以根据需要自行定义。
说明
创建事件标志组
删除事件标志组
等待事件标志
取消等待事件标志
获取使任务就绪的事件标志
向事件标志组发布标志
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2、事件标志组
2.2内部结构
Os_type.h typedef CPU_INT32U
OS_FLAGS;
Uc/在o使s-用ii之i中前的一事定件要先标创志建组事是件OS标_F志LA组G_。GR用P类户型需的要内在核启对动象， 由uc多/o个s-事ii件i之标前志，组或成在（启8位动、任1务6位中、创3建2位事）件。标志组。
…… while(1) { ……
OSSemPend(&mysem2, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &err);
…… OSSemPost(&mysem1, OS_POST_1， &ts, &err); } }
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2）计数型信号量 计数型信号量用于某资源可以同时为几个任务所用时。 Eg.计数型信号量 可以用来管理缓 冲池。
互斥信号量可以解决优先级反转的问题。
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优先级反转
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使 用 互 斥 信 号 量 访 问 共 享 资 源
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互斥型信号量相关函数
函数名
说明
OSMutexCreate()
建立一个互斥型信号量
OSMutexDel()
删除一个互斥型信号量
OSMutexPend()
电子与信息工程学院
Task0() { OS_ERR err;
…… while(1) { ……
OSSemPend(&mysem1, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &err);
…… OSSemPost(&mysem2,OS_POST_1,&ts, &err); } }
Task1() { OS_ERR err;
信号量是一种被定义为OS_SEM数据类型的内核对象。 若将OS_CFG_SEM_EN=1，在编译时，系统的信号量服 13 务就会被使能。
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任务挂起表： 任务挂起表记录的是等待某个内核对象的任务。
任务挂起表是一个类型为OS_PEND_LIST的数据结构，包含 三个成员：
.NbrEntries挂起表中等待该内核对象的任务。 .TailPtr指向挂起表中最后一个任务（优先级最低）。 .HeadPtr指向挂起表中第一个任务（优先级最高）。
3、如果使用信号量来进行系统资源管理，那么信号量的初值应 该设置为该信号量所对应的系统资源数目。如果信号量仅用于 信号机制，则该值应该设置为0.
4、即便用户了解了OS_SEM数据类型的内部细节，程序代码也决
不能直接访问器数据结构的内部成员，而是应该使用系统提供
的API函数。
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1、信号量
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信号量使用注意事项 1）访问共享资源时引入信号量并不会增加系统的中断延迟。 2）程序中可以使用任意多的信号量来保护各种资源。 3）请求和释放信号量的过程是相当耗费时间的。 4）实时系统中使用信号量有可能导致一个严重问题——优 先级反转。
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1、信号量
1.2内部结构
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第六讲 内核对象
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主要内容
1、信号量
1.1基本概念 1.2内部结构 1.3互斥信号量 1.4任务信号量
2、事件标志组
2.1基本概念 2.2内部结构
3、消息与消息队列 3.1基本概念 3.2内部结构 3.3任务内建消息队列 eg. 3.4流量控制 3.5保持数据可见性 3.6使用消息队列
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3、消息与消息队列
3.1基本概念
一个任务或者ISR有时候需要和另一个任务交流信息，这 个信息传递的过程称为任务间的通信。
任务间的信息传递可以通过两种途径实现：全局变量或消 息。
任务与中断服务程序通信，只能通过全局变量。
一则消息包含：指向数据的指针、表明数据的长度的变量、 记录消息发布时刻的时间戳。
.RdyObjPtr 在任务等待多个内核对象的情况下，指向已经准备就 绪的内核对象。 .RdyMsgPtr 在任务等待多个内核对象的情况下，指向通过 OSQPost()函数发布 信息。 .RdyTS 时间戳，记录内核对象被释放（post）的时刻，用于任16务 等待多个内核对象的情况。
两 个 任 务 同 时 等 待 一 个 信 号 量。
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任务和ISR都可以发布事件标志。但只有任务可以创建、 删除事件标志组以及取消其他任务对事件标志组的等待。
任务可以等待事件标志组中的任意个事件标志，如果等 待超时，那么任务则进入就绪态。
函数名 OSFlagCreate() OSFlagDel() OSFlagPend() OSFlagPendAbort() OSFlagPendGetFlagsRdy() OSFlagPost()
中的第1位和第2位的
33
任一事件发生。
事件标志通常 有两种用途：状态 信息监控和瞬态事 件监控。
电子与信息工程学院
任务汇或报IS的R可瞬以
汇时报事状件态可信能息是。开状关
态被信按息下不、应运该动被传等感
待器这探些测事到件一的个任目务标
“等消。费一掉般”情，况因下为，
这响些应状这态些信事息件是的由任
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信
号
量
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应
用
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双
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OS_SEM mysem1; OS_SEM mysem2;
Main() {
OS_ERR err; OSInit(&err); …… OSSemCreate(&mysem1,
“mysem1”, 0, &err); OSSemCreate(&mysem2, “mysem2”, 0, &err); …… OSTaskCreate(……); …… OSStart(&err); …… }
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电子与信息工程学院
.PrevPtr 指向的是等待该内核对象的更高或相同 优先级的任务。 .NextPtr 指向的是等待该内核对象的较低或相同 优先级的任务。 .TCBPtr 指向等待该内核对象的任务的控制块 OS_TCB。 .PendObjPtr 指向任务正在等待的内核对象，内 核对象可能是一个信号量、互斥信号量、事件标 志组或者消息队列，这些内核对象有一个共同的 数据结构。
在共享资源时，只有任务可以使用信号量，中断服务程 序不能使用。
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信号量是一种内核对象，定义在数据结构os_sem.c中， 其数据类型为OS_SEM。
函数名 OSSemCreate() OSSemDel() OSSemPend() OSSemPendAbort() OSSemPost() OSSemSet()
内核对象如信号量、互斥信号量、事件标志组、消息队列
中都有一个OS_PEND_LIST类型的等待表。
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信号量的挂起列表 OS_PEND_DATA数据结构
PendList
该数据 结构会在任 务被放入任 务挂起时动 态分配到该 任务的堆栈 空间中。
任务挂起表并不直接指向任务的控制块OS_TCB,而是指向 一个OS_PEND_DATA类型的数据结构。
1.3互斥信号量
互斥信号量是一种特殊的二进制信号量，是一种被定义 为OS_MUTEX数据类型的内核对象，只能被任务使用。
应用程序可以使用无限多个互斥信号量。
uc/os-iii允许用户嵌套使用互斥型信号量。一旦一个任 务获得了一个互斥信号量，则该任务最多可以对该互斥信 号量嵌套使用250次。该任务也必须释放相应的次数才能真 正释放该互斥信号量。