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【一起来玩RTOS系列】之RT-Thread 信号量用于线程同步

发表于 2017-12-2 11:46:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
校园创客福利

信号量

信号量是一种轻型的用于解决线程间同步问题的内核对象,线程可以获取或释放它,从而达到同步或互斥的目的。信号量就像一把钥匙,把一段临界区给锁住,只允许有钥匙的线程进行访问:线程拿到了钥匙,才允许它进入临界区;而离开后把钥匙传递给排队在后面的等待线程,让后续线程依次进入临界区。
rt_semaphore.png
信号量工作示意图如图 信号量工作示意图 所示,每个信号量对象都有一个信号量值和一个线程等待队列,信号量的值对应了信号量对象的实例数目、资源数目,假如信号量值为5,则表示共有5个信号量实例(资源)可以被使用,当信号量实例数目为零时,再申请该信号量的线程就会被挂起在该信号量的等待队列上,等待可用的信号量实例(资源)。

RT-Thread信号量相关接口

初始化信号量

对于静态信号量对象,它的内存空间在编译时期就被编译器分配出来,放在数据段或ZI段上,此时使用信号量就不再需要使用rt_sem_create接口来创建它,而只需在使用前对它进行初始化即可。初始化信号量对象可使用下面的函数接口:
  1. rt_err_t rt_sem_init (rt_sem_t sem, const char* name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag);
复制代码

当调用这个函数时,系统将对这个semaphore对象进行初始化,然后初始化IPC对象以及与semaphore相关的部分。在初始化信号量指定的参数中,信号量标志参数决定了当信号量不可用时,多个线程等待的方式。当选择FIFO方式时,那么等待线程队列将按照先进先出的方式排队,先进入的线程将先获得等待的信号量;当选择PRIO(优先级等待)方式时,等待线程队列将按照优先级进行排队,优先级高的等待线程将先获得等待的信号量。

      参数  描述

       sem  信号量对象的句柄;

      name  信号量名称;

     value  信号量初始值;

      flag  信号量标志。

  1. #define RT_IPC_FLAG_FIFO 0x00 /* IPC参数采用FIFO方式*/
  2. #define RT_IPC_FLAG_PRIO 0x01 /* IPC参数采用优先级方式*/
复制代码

函数返回

RT_EOK

获取信号量

线程通过获取信号量来获得信号量资源实例,当信号量值大于零时,线程将获得信号量,并且相应的信号量值都会减1,获取信号量使用下面的函数接口:

  1. rt_err_t rt_sem_take (rt_sem_t sem, rt_int32_t time);
复制代码

在调用这个函数时,如果信号量的值等于零,那么说明当前信号量资源实例不可用,申请该信号量的线程将根据time参数的情况选择直接返回、或挂起等待一段时间、或永久等待,直到其他线程或中断释放该信号量。如果在参数time指定的时间内依然得不到信号量,线程将超时返回,返回值是-RT_ETIMEOUT。

函数参数


      参数  描述

       sem  信号量对象的句柄;

      time  指定的等待时间,单位是操作系统时钟节拍(OS Tick)。
函数返回

成功获得信号量返回RT_EOK;超时依然未获得信号量返回-RT_ETIMEOUT;其他错误返回-RT_ERROR。

无等待获取信号量

当用户不想在申请的信号量上挂起线程进行等待时,可以使用无等待方式获取信号量,无等待获取信号量使用下面的函数接口:

  1. rt_err_t rt_sem_trytake(rt_sem_t sem);
复制代码

这个函数与rt_sem_take(sem, 0) 的作用相同,即当线程申请的信号量资源实例不可用的时候,它不会等待在该信号量上,而是直接返回-RT_ETIMEOUT。

函数参数


      参数  描述

       sem  信号量对象的句柄。
函数返回

成功获取信号量返回RT_EOK;否则返回RT_ETIMEOUT。

释放信号量

当线程完成资源的访问后,应尽快释放它持有的信号量,使得其他线程能获得该信号量。释放信号量使用下面的函数接口:

  1. rt_err_t rt_sem_release(rt_sem_t sem);
复制代码

当信号量的值等于零时,并且有线程等待这个信号量时,将唤醒等待在该信号量线程队列中的第一个线程,由它获取信号量。否则将把信号量的值加一。

函数参数


      参数  描述

       sem  信号量对象的句柄。
函数返回

RT_EOK

下面在机智云gokit开发板上演示如何初始化一个信号量,并使用信号量来进行任务同步的例子,程序中创建2个线程,低优先级线程1发送信号量,高优先级线程2等待信号量后翻转Gokit上的红色LED。

  1. /**
  2.   ****************************************************
  3.   * File Name          : main.c
  4.   * Description        : Main program body
  5.   ****************************************************
  6.   ** This notice applies to any and all portions of this file
  7.   * that are not between comment pairs USER CODE BEGIN and
  8.   * USER CODE END. Other portions of this file, whether
  9.   * inserted by the user or by software development tools
  10.   * are owned by their respective copyright owners.
  11.   *
  12.   * COPYRIGHT(c) 2017 STMicroelectronics
  13.   *
  14.   * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
  15.   * are permitted provided that the following conditions are met:
  16.   *   1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
  17.   *      this list of conditions and the following disclaimer.
  18.   *   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
  19.   *      this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
  20.   *      and/or other materials provided with the distribution.
  21.   *   3. Neither the name of STMicroelectronics nor the names of its contributors
  22.   *      may be used to endorse or promote products derived from this software
  23.   *      without specific prior written permission.
  24.   *
  25.   * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
  26.   * AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  27.   * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
  28.   * DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  29.   * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  30.   * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
  31.   * SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
  32.   * CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  33.   * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  34.   * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  35.   *
  36.   ****************************************************
  37.   */
  38. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
  39. #include "main.h"
  40. #include "STM32f1xx_hal.h"
  41. #include "usart.h"
  42. #include "gpio.h"

  43. /* USER CODE BEGIN Includes */
  44. #include "rtthread.h"
  45. #include "string.h"
  46. /* USER CODE END Includes */

  47. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/

  48. /* USER CODE BEGIN PV */
  49. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/

  50. /* USER CODE END PV */

  51. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
  52. void SystemClock_Config(void);

  53. /* USER CODE BEGIN PFP */
  54. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

  55. /* USER CODE END PFP */

  56. /* USER CODE BEGIN 0 */
  57. //重映射串口1到rt_kprintf
  58. void rt_hw_console_output(const char *str)
  59. {
  60.     /* empty console output */
  61.         char aa='\r';
  62.           rt_enter_critical();

  63.                 while(*str!='\0')
  64.                 {
  65.                         if(*str=='\n')
  66.                         {
  67.                                 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&aa, 1, 10);
  68.                         }
  69.                                 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)(str++), 1, 10);
  70.                 }
  71.                
  72.                 rt_exit_critical();
  73. }

  74. void rt_hw_us_delay(int us)
  75. {
  76.     rt_uint32_t delta;

  77.     /* 获得延时经过的tick数 */
  78.     us = us * (SysTick->LOAD/(1000000/RT_TICK_PER_SECOND));

  79.     /* 获得当前时间 */
  80.     delta = SysTick->VAL;

  81.     /* 循环获得当前时间,直到达到指定的时间后退出循环 */
  82.     while (delta - SysTick->VAL< us);
  83. }

  84. void rt_hw_ms_delay(int ms)
  85. {
  86.         int i=0,j=0;
  87.         for(j=0;j<ms;j++)
  88.         {
  89.                 for (i=0;i<2;i++)
  90.                 rt_hw_us_delay(500);
  91.         }
  92. }

  93. /*
  94. * 程序清单:创建2个线程,低优先级线程1发送信号量,高优先级线程2等待信号量后翻转Gokit上的红色LED。
  95. */
  96. /* 指向线程控制块的指针 */
  97. static rt_thread_t tid1 = RT_NULL;
  98. static rt_thread_t tid2 = RT_NULL;
  99. /* 信号量控制块 */
  100. struct rt_semaphore sem;

  101. /* 线程1入口 */
  102. static void thread1_entry(void* parameter)
  103. {   
  104.     while (1)
  105.     {
  106.                         rt_kprintf("low thread release a sem.\n");
  107.                         rt_sem_release(&sem);
  108.                         rt_thread_delay(1000);       
  109.     }
  110. }

  111. /* 线程2入口 */
  112. static void thread2_entry(void* parameter)
  113. {
  114.     while (1)
  115.     {
  116.                         rt_sem_take(&sem, RT_WAITING_FOREVER);//永久等待信号量
  117.                         rt_kprintf("high thread take sem.\n");
  118.                         LED1_Toggle();
  119.                         LED2_Toggle();
  120.                         LED3_Toggle();
  121.                         LED4_Toggle();
  122.     }
  123. }



  124. /* USER CODE END 0 */

  125. int main(void)
  126. {

  127.   /* USER CODE BEGIN 1 */

  128.   /* USER CODE END 1 */

  129.   /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/

  130. //  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  131. //  HAL_Init();

  132. //  /* USER CODE BEGIN Init */

  133. //  /* USER CODE END Init */

  134. //  /* Configure the system clock */
  135. //  SystemClock_Config();

  136. //  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  137. //  /* USER CODE END SysInit */

  138. //  /* Initialize all configured peripherals */
  139. //  MX_GPIO_Init();
  140. //  MX_USART1_UART_Init();

  141.   /* USER CODE BEGIN 2 */
  142.        
  143. /* 初始化信号量 */
  144.         rt_sem_init(&sem , "sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);//初始化信号量
  145.        
  146.         /* 创建线程1 */
  147.         tid1 = rt_thread_create("tid1",
  148.                                                         thread1_entry, /* 线程入口是thread1_entry */
  149.                                                         RT_NULL, /* 入口参数是RT_NULL */
  150.                                                         512,
  151.                                                         3, //优先级
  152.                                                         20);
  153.         if (tid1 != RT_NULL)
  154.                 rt_thread_startup(tid1);

  155.         /* 创建线程2 */
  156.         tid2 = rt_thread_create("tid2",
  157.                                                         thread2_entry,/* 线程入口是thread2_entry */
  158.                                                         RT_NULL, /* 入口参数是RT_NULL */
  159.                                                         512,
  160.                                                         2,//优先级
  161.                                                         20);
  162.         if (tid2 != RT_NULL)
  163.                 rt_thread_startup(tid2);
  164.        
  165.        
  166.         printf("\r\n机智云  只为智能硬件而生\r\n");
  167.         printf("Gizwits Smart Cloud for Smart Products\r\n");
  168.         printf("链接|增值|开放|中立|安全|自有|自由|生态\r\n");
  169.         printf("www.gizwits.com\r\n");
  170.         printf("\r\nGokit RT-Thread Demo\r\n\r\n");
  171.        
  172.         return 0;
  173.        
  174.        


  175.   /* USER CODE END 2 */

  176.   /* Infinite loop */
  177.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
  178. //  while (1)
  179. //  {
  180.   /* USER CODE END WHILE */

  181.   /* USER CODE BEGIN 3 */
  182. //               
  183. //  }
  184.   /* USER CODE END 3 */

  185. }

  186. /** System Clock Configuration
  187. */
  188. void SystemClock_Config(void)
  189. {

  190.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  191.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

  192.     /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  193.     */
  194.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  195.   RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  196.   RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  197.   RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  198.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  199.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  200.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  201.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  202.   {
  203.     _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  204.   }

  205.     /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
  206.     */
  207.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
  208.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  209.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  210.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  211.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  212.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  213.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  214.   {
  215.     _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  216.   }

  217.     /**Configure the Systick interrupt time
  218.     */
  219.   HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);

  220.     /**Configure the Systick
  221.     */
  222.   HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

  223.   /* SysTick_IRQn interrupt configuration */
  224.   HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
  225. }

  226. /* USER CODE BEGIN 4 */

  227. /* USER CODE END 4 */

  228. /**
  229.   * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  230.   * @param  None
  231.   * @retval None
  232.   */
  233. void _Error_Handler(char * file, int line)
  234. {
  235.   /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  236.   /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  237.   while(1)
  238.   {
  239.   }
  240.   /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
  241. }

  242. #ifdef USE_FULL_ASSERT

  243. /**
  244.    * @brief Reports the name of the source file and the source line number
  245.    * where the assert_param error has occurred.
  246.    * @param file: pointer to the source file name
  247.    * @param line: assert_param error line source number
  248.    * @retval None
  249.    */
  250. void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
  251. {
  252.   /* USER CODE BEGIN 6 */
  253.   /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
  254.     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  255.   /* USER CODE END 6 */

  256. }

  257. #endif

  258. /**
  259.   * @}
  260.   */

  261. /**
  262.   * @}
  263. */

  264. /**************** (C) COPYRIGHT STMicroelectronics ****END OF FILE***/
复制代码

串口助手现象如下:

搜狗截图20171202113349.png

每隔1s,LED翻转状态:

IMG_20171202_113300.jpg

IMG_20171202_113303.jpg

源码下载:
Gokit_RT-Thread.zip (8.7 MB, 下载次数: 1, 售价: 1 金钱)
1、机智云QQ群:G1群:104975951 G2群:491509598 G3群:287087942
机智云爱好者-APP开发群: 599735135
QQ群目前非常活跃,欢迎大家参与进来,交流,讨论,答疑,解惑~~
2、机智云微信公众号: 机智云 gizwits、 机智云智能宠物屋go-iot
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