_C_OS_消息邮箱的通讯机制及其应用

Task2 这两个任务组成，其中 Task1 的优先级设为
比 Task2 高。Task1 负责具体的清洗过程；Task2
负责检测水温和液位，并及时将检测结果通知
Task1。 下 面 是 程 序 的 主 要 代 码 ， 其 硬 件 平 台 为
LPC2214，集成开发环境为 ADS1.2。
程序清单 5 消息邮箱通讯实例
hongjunbj@163.com。 通 讯 作 者 ： 王 建 平 （ 1959-）， 男 ， 北 京 人 ， 教 授 ，（ E-mail） wjp
@cau.edu.cn。
中断服务 或任务
发信号
邮箱
等待
任务
超时
图 1 消息邮箱示意图
Fig.1 Sketch map of mailbox
1.1 事件控制块 ECB 分析消息邮箱的通讯机制需要了解 ECB 的数据
(1)
if(msg !=(void *)0){ pevent->OSEventPtr
= (void*)0; return (msg); }
(2)
OSTCBCur->OSTCBDly = timeout; (3)
OSEventTaskWait (pevent);
OSSched();
msg = OSTCBCur->OSTCBMsg;
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2007 年 12 月
农机化研究
第 12 期
的，其主要代码如下：
程序清单 2 创建一个邮箱
OS_EVENT *OSMboxCreate (void *msg)
{…
OS_EVENT *pevent;
pevent = OSEventFreeList;
if (pevent != (OS_EVENT *)0) {
CoolValveClose();}
//水温过低
if(msg->Level==‘F’)Wash(); // 清 洗 液
已满
}
}
void Task2(void *pdata)
{
for(;;){
Determine(&data);
// 检 测 函
数，并将检测结果存放到结构体 data 中
OSMboxPost (MsgBox, &data);
结构（见程序清单 1）。大部分 μC/OS-II 的通 讯机 制都是通过它来完成的，其中也包括消息邮箱。
程序清单 1 ECB 的数据结构 typedef struct {
INT8U OSEventType; //事件类型 INT16U OSEventCnt; //计数器 void *OSEventPtr; // 指 向 任 意 类 型的指针 INT8U OSEventGrp; // 等 待 任 务 所 在的组 INT8U OSEventGrp [OS_EVENT_TBL_SIZE]; //等待任务列表 } OS_EVENT; OSEventType 用于记录事件的类型，可以是信 号量、消息队列、互斥信号量或者消息邮箱中的一 种。当 ECB 用于邮箱时，OSEventCnt 没有被使用。 OSEventPtr 用作消息指针，指向任意的消息类型， 而 OSEventGrp 和 OSEventGrp 用来记录等待该邮箱 的任务。 1.2 创建邮箱 使用消息邮箱进行任务间的通讯需要创建一个 邮箱，而邮箱的创 建是通过 OSMboxCreate()来 完成
Struct MyStruct *msg;//指向要传递的消息
Struct MyStruct data; //自定义结构体 ，用
于记录水温和液位
MsgBox = OSMboxCreate(NULL);
TimeDly = OSMboxCreate(NULL);
void Task1(void *pdata)
OS_EVENT 类型指针，任务 函数通过它 即可对邮 箱进
行存取操作[5]。
1.3 向邮箱发送消息
消息邮箱创建后，可 以通过函数 OSMboxPost()
向邮箱发送一则消息。其关键代码如下：
程序清单 3 向邮箱发送消息
INT8U OSMboxPost (OS_EVENT *pevent, void
*msg)
{…
if (pevent->OSEventGrp != 0x00)
{
(1)
OS_EventTaskRdy(pevent,msg,
OS_STAT_MBOX);
OSSched();
return (OS_NO_ERR);
}
if (pevent->OSEventPtr != (void *)0)
return (OS_MBOX_FULL);
(4)
if(msg != (void *)0) return (msg); (5)
OSEventTO(pevent);
(6)
*err = OS_TIMEOUT;
return ((void *)0);
}
从 ECB 中取出消息(1)，判 断它是否为 空。如果 不 为 空 (2)， 消 息 有 效 ， 清 空 邮 箱 ， 然 后 返 回 消 息 ； 如果为空(3)，说明该 ECB 中没 有消息，把当前 任务 控制块的 OSTCBDly 的值设为 timeout，以便进 行超 时处理，并调用 OSEventTaskWait()把当前任务从 就绪列表中删除，在相应的 ECB 中记录此任务，以 表明此任务正在等待消息；最后，通过 OSSched() 进行任务调度，由于当前任务已经从就绪列表中删 除 ， OSSched() 从 就 绪 列 表 中 选 出 优 先 级 最 高 的 任 务，保存现场后将 CPU 控制权交给它，并进行任务 切换。
1.4 从邮箱接收消息
当任务需要查询消息邮箱中是否有消息时，可 以使用 OSMboxPend()函数，其关键代码如下：
程序清单 4 查询邮箱中的消息
Fra Baidu bibliotek
void *OSMboxPend (OS_EVENT *pevent, INT16U
timeout, INT8U *err)
{…
msg = pevent->OSEventPtr;
2007 年 12 月
农机化研究
第 12 期
μC/OS-II 消息邮箱的通讯机制及其应用
洪 俊，王建平
（中国农业大学 信息与电气工程学院，北京 100083）
摘 要：为深入理解μC/OS-II 消息邮箱的通讯机制，使嵌入式系统能够得以充分与合理地运用，查找了 μ C/OS-II 消 息 邮 箱 的 源 代 码 ，并 对 其 进 行 了 深 入 的 剖 析 ，从 根 本 上 揭 示 了 μ C/OS-II 消 息 邮 箱 的 通 讯 机 制 ， 并以一个移植到 LPC2214 的实例说明消息邮箱在挤奶机自动清洗控制中的应用。结果表明，消息邮箱不但 可以替代全局变量作为任务间的通讯方式，消除其带来的负作用，而且可以作为二值信号量使用，避免资 源使用冲突，实现系统的延时作用，是一种简洁与高效的通讯机制。 关键词：畜牧学；挤奶机自动清洗控制器；应用；嵌入式系统；任务通讯；消息邮箱 中图分类号：S817.2+1；TP316.2； 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2007)12—0173—03
OSMboxPend (TimeDly,100,&err);
}
}
程序首先创建两 个消息邮箱 ，其中 MsgBox 用于
控制水温和液位，而 TimeDly 用来控制系统延时。
由于 Task1 的优先级高，根据 μC/OS-II 调度规 则，
Task1 首先得到运行。
Task1 开始调用 WashInit()对水洗过程进行初
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2007 年 12 月
农机化研究
第 12 期
2 消息邮箱在挤奶机自动清洗控制中的应用
在挤奶机自动清洗控制器的研制过程中，运用
消息邮箱进行任 务间的通讯 ，代替了 部分μC/OS-II
的 功 能 函 数 。现 通 过 清 洗 控 制 器 中 的 预 洗 子 程 序 [6]，
来说明消息邮箱的应用。预洗程序主要由 Task1 和
邮 箱 ， 以 免 其 他 通 讯 机 制 误 用 ； 其 次 ， OSEventPtr
指向需要传递的消息，通过它实现消息的传递；最
后，调用 OS_EventWaitListInit()将该 ECB 中的
OSEventGrp 和 OSEventTbl 初始 化为 0，表示没 有任
务等待该邮箱中的消息。邮箱建立后将得到
0 引言
近年来，嵌入式设备的应用日益广泛，随着用 户需求的不断提高，嵌入式设备在功能上变得日趋 复杂化，各个模块之间需要及时地通讯，以实现整 个设备的协调工作。因此，简洁与高效的通讯机制 逐渐成为嵌入式开发人员关注的焦点[1]。
现有的通讯机制主要包括共享内存、动态数据 交 换 、信 号 量 、消 息 管 道 、消 息 邮 箱 和 邮 件 槽 等 [2,3]。 μC/OS-II 的消息邮箱就是其中一种，它不但可以 传送任何类型的消息实现任务间的通讯，而且可以 实现系统延时，作为二值信号量使用。
{
WashInit();
for(;;){
msg = (Struct MyStruct)OSMboxPend
(MsgBox,0,&err);
if(msg->Temp
==
‘H’)
{ HotValveClose(); CoolValveOn()}
//水温过高
if(msg->Temp == ‘L’) { HotValveOn();
1 消息邮箱的通讯机制
消息邮箱通讯机制如图 1 所示。中断服务或任 务都可以向邮箱发送消息，而只有任务才可以等待 查询邮箱。μC/OS-II 通过创建邮箱、向邮箱发送 消息与等待查询消息等服务来完成任务间的通讯。
收稿日期：2007-03-30 基金项目：北京市重大农业攻关项目（20030204） 作 者 简 介 ：洪 俊 (1983-),男 ，云 南 建 水 人 ，硕 士 研 究 生 ，(E-mail)
始化（如打开相应 指示灯、电磁阀，进 水一段时 间）， 然后调用 OSMboxPend()查询等待 消息。此时，Task1 被挂起，Task2 得到执行。Task2 对水 温和液位 进行 检测，将检测结果放到 data 结构体中；然后调用 OSMboxPost()向邮箱 MsgBox 发送消息，μC/OS-II 重新调度，Task1 恢复执行。Task1 根据 msg 指针指 向的数据结构 data 得知水 温高低，打 开或关闭 相应 的冷水阀与热水 阀。如果清洗 液已满，则调用 Wash() 进行清洗工作；如果液位还未达到要求，则循环调 用 OSMboxPend()查询等待消息，Task2 恢复执行， 调用 OSMboxPend()查 询邮箱 TimeDly 中的消 息，并 将超时时限定为 100。因为创建 TimeDly 时邮箱为 空，且没有其他任务或 ISR 向该邮箱发消息，所以 函数将等待超时 退出，相当于 OSTimeDly(100)的作 用。此时 ，Task1 和 Task2 均被挂起 ，LPC2214 可以 处理其他任务 。100 个时钟节 拍后，Task2 苏醒 ，循 环 检 测 水 温 和 液 位 ， 将 数 据 发 送 到 MsgBox 中 供 Task1 使用，直到液位满 足要求可以 开始清洗为 止。
(2)
pevent->OSEventPtr =msg;
(3)
return (OS_NO_ERR);
}
检查该 ECB 的 OSEventGrp 是否为 0。如果不等
于 0（1），说 明已经有其 他任务在等 待此消息 ，调
用 OS_EventTaskRdy()计算出等待此消息的任务中
优先级最高的任务，将此优先级最高的任务从等待
pevent->OSEventType=OS_EVENT_TYP
E_MBOX; //将事件类型设为邮箱
pevent->OSEventPtr = msg;
OS_EventWaitListInit(pevent);
}
return (pevent);
}
首先，函数从空闲的 ECB 链表中取出一块分配
给消息邮箱，如果分配成功，则将事件类型设置为
列表中清除，并将其记录在就绪列表中以备查询， 然后执行任务调度函数 OSSched()进行任务切换。 如果 OSEventGrp 为 0(2)，则说明没有任务在等待 消息，此时函数判断邮箱是否为空。如果不为空， 则返回消息已满的错误码（消息邮箱只能存放一条 消 息 ）； 如 果 邮 箱 为 空 (3)， 则 把 消 息 放 入 邮 箱 。
当需要实现任务间或中断服务与任务间的通讯 时，最简单的办法就是使用全局变量，同时必须保 证每个任务或中断服务子程序独享该变量[4]，而且 任务还需要不断周期性地查询变量的值。使用μ C/OS-II 的消息邮箱可以很好地解决这个问题，为 此分析了μC/OS-II 消息邮箱的通讯机制，并举例 说明其在挤奶机自动清洗控制系统中的应用。
当程序再次得到执行时，从当前任务控制块中 取 出 消 息 (4)， 并 判 断 是 否 为 空 。 如 果 不 为 空 (5)， 说明其他任务或者 ISR 已经向邮箱发送了一则消 息，此时返回消息，完成调用；如果消息依然为空 (6)，说明没有其他任务或 ISR 向该邮箱发送消息， 程序是因为等待超时后恢复执行的。调用 OSEventTO()将该任务从 ECB 的等待任务列表中清 除，然后函数返回。函数调 用完成后，可以 通过 err 查询错误码。