Zephyr RTOS -- Semaphores

Posted 2021-07-14 搬砖-工人

文章目录

• • 前言
  • 摘要
  • Semaphores - (信号量)
  • • 1. Concepts - (概念)
    • 2. Implementation - (实现)
    • • 2.1 Defining a Semaphore - (定义信号量)
      • 2.2 Giving a Semaphore - (提供信号量)
      • 2.3 Taking a Semaphore - (获取信号量)
    • 3. Suggested Uses - (建议用途)
    • 4. Configuration Options - (配置选项)
  • 参考链接

本笔记基于 Zephyr 版本 2.6.0-rc2

 

前言

本人正在学习 Zephyr，一个可移植性较强，可以兼容多种开发板及物联网设备的操作系统，如果你感兴趣，可以点此查看我的 学习笔记总述 进行了解！

 

摘要

信号量是一个多任务系统的标配，基本上任何多任务 kernel 都会有信号量接口。信号多用于同步，比如 ISR 和线程之间的同步，由 ISR 释放信号量，由线程等待信号量，这样 ISR 和线程就能同步执行。

 

Semaphores - (信号量)

信号量 是实现传统计数信号量的内核对象。

 

1. Concepts - (概念)

可以定义任意数量的信号量（仅受可用 RAM 的限制）。每个信号量都由其内存地址引用。

信号量具有以下关键属性：

• 表示可以使用信号量的次数的 计数。计数为 0 表示该信号量不可用。
• 表示信号量的计数可以达到的最大值的 限制。

信号量在使用前必须被初始化。它的计数必须设置为小于或等于其限制的非负值。

信号量可以由线程或 ISR 给出。给信号量增加它的计数，除非计数已经等于限制。

一个信号量可以被一个线程占用。使用信号量会减少它的计数，除非信号量不可用(即为 0)。当一个信号量不可用时，线程可以选择等待它被给出。任意数量的线程都可以同时等待一个不可用的信号量。给定信号量后，它会被等待时间最长的优先级最高的线程接收。

Note：
内核确实允许 ISR 获取信号量，但是如果信号量不可用，ISR 不得尝试等待。

 

2. Implementation - (实现)

2.1 Defining a Semaphore - (定义信号量)

信号量是使用 k_sem 类型的变量定义的。然后必须通过调用 k_sem_init() 来初始化它。

以下代码定义了一个信号量，然后通过将其计数设置为 0 并将其限制设置为 1 将其配置为二进制信号量。

struct k_sem my_sem;

k_sem_init(&my_sem, 0, 1);

或者，可以在编译时通过调用 K_SEM_DEFINE 来定义和初始化信号量。

下面的代码和上面的代码段效果一样。

K_SEM_DEFINE(my_sem, 0, 1);

 

2.2 Giving a Semaphore - (提供信号量)

信号量是通过调用 k_sem_give() 给出的。

下面的代码构建在上面的示例的基础上，给出了一个信号量，用于指示消费者线程可以处理一个数据单元。

void input_data_interrupt_handler(void *arg)
{
    /* notify thread that data is available */
    k_sem_give(&my_sem);

    ...
}

 

2.3 Taking a Semaphore - (获取信号量)

通过调用 k_sem_take() 来获取信号量。

下面的代码构建在上面的示例之上，等待给出信号量的时间最长为 50 毫秒。如果没有及时获得信号量，就会发出警告。

void consumer_thread(void)
{
    ...

    if (k_sem_take(&my_sem, K_MSEC(50)) != 0) {
        printk("Input data not available!");
    } else {
        /* fetch available data */
        ...
    }
    ...
}

 

3. Suggested Uses - (建议用途)

使用信号量来控制多个线程对一组资源的访问。

使用信号量同步在生产和消费线程或 ISR 之间处理。

 

4. Configuration Options - (配置选项)

相关配置选项：

• None

 

参考链接

https://docs.zephyrproject.org/latest/reference/kernel/synchronization/semaphores.html