RTOS信号量、队列通信原理

 

有深入理解RTOS原理，或阅读过RTOS源码的同学应该知道：RTOS实现任务间通信通常是由一系列指针进行操作实现的。  任务间通信的“有效数据”，其实也是由指针指向一个“变量”或“数组”实现的。  1.信号量

信号量，本质是传递一个“事件”。比如：任务A完成发送数据，通过信号量通知任务B。

 

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OSSemPost(EventSem_SendOK);

 

我们主要想传递“完成发送数据”这个“事件”，进一步分析，其实就是一个“标志”或“变量”。

 

2.队列

队列和信号量原理类似有点类似，只是这里是“变量”。比如：串口接收完成一帧数据，通过队列发送给任务B.

 

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OSQPost(UARTRcvQueue, RcvBuf);

 

相比信号量，队列传递的数据量更大，队列传递的有效数据一般是“数组”。

 

还有邮箱，与队列类似，可以理解为“二维数组”。

 

写到这里，你会发现，不管信号量，还是队列，底层本质也是传递“变量”“数组”。

 

那么问题来了：RTOS任务间通信为什么不用全局变量？

 

这个问题比较常见，也看到在我的技术交流群有讨论，所以就简单来分享一下看法。

 

全局变量有什么问题？

RTOS任务间通信为什么不用全局变量？原因在于使用全局变量存在诸多弊端。  1.抢占问题两个或多个任务，都要去“使用”同一个全局变量，如果不添加任何“互斥”措施，必定会存在抢占的问题。  2.代码规范问题整个项目只有少数几个全局变量没什么问题，如果是整个项目有几十个，甚至几百个全局变量，你觉得这样的代码，后面好维护吗？  经过多次迭代，代码只会越来越难理解，越来越难阅读。  3.耦合性问题全局变量会导致分层不合理与模块化编程相违背，你的全局变量没有归属，既不是任务A，也不是模块A，最终可能“任人宰割”导致“夭折”。  4.安全性问题有一句话怎么说的呢，全局变量是项目的“罪魁祸首”，项目做大之后，一旦有小修改，可能就会引发大Bug.      全局变量还有很多弊端，这里就不一一描述了，总之一点：慎用全局变量。  当然，以上描述的问题（弊端）都是基于项目中存在多个变量的情况，如果项目只有1、2个全局变量，这种不在本文讨论范围之内。  

信号量、队列通信原理

大部分RTOS的信号量、队列都是使用指针、结构体、数组等，结合系统进行“封装”，使任务间通信更加有效、安全，同时也遵循“高内聚低耦合”的原则。  比如ucos的信号量post：

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INT8U  OSSemPost (OS_EVENT *pevent){#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                          /* Allocate storage for CPU status register      */    OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;#endif
#if OS_ARG_CHK_EN > 0u    if (pevent == (OS_EVENT *)0) {                    /* Validate 'pevent'                             */        return (OS_ERR_PEVENT_NULL);    }#endif    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {   /* Validate event block type                     */        return (OS_ERR_EVENT_TYPE);    }    OS_ENTER_CRITICAL();    if (pevent->OSEventGrp != 0u) {                   /* See if any task waiting for semaphore         */                                                      /* Ready HPT waiting on event                    */        (void)OS_EventTaskRdy(pevent, (void *)0, OS_STAT_SEM, OS_STAT_PEND_OK);        OS_EXIT_CRITICAL();        OS_Sched();                                   /* Find HPT ready to run                         */        return (OS_ERR_NONE);    }    if (pevent->OSEventCnt < 65535u) {                /* Make sure semaphore will not overflow         */        pevent->OSEventCnt++;                         /* Increment semaphore count to register event   */        OS_EXIT_CRITICAL();        return (OS_ERR_NONE);    }    OS_EXIT_CRITICAL();                               /* Semaphore value has reached its maximum       */    return (OS_ERR_SEM_OVF);}

 

 

我们需要传递的有效信息虽然只有一个变量，但它会做“临界区”管理，以及预判一些错误的情况等。

 

最后，RTOS源码也可以算是一个优秀的项目，特别是目前普及率比较高、装机量比较多的RTOS，比如µC/OS、FreeRTOS、RT-Thread、ThreadX等。

 

最最后，有时间的小伙伴可以阅读一下RTOS源码，RTOS内核我推荐µC/OS，阅读源码能让你掌握一些软件架构的知识，也能让你明白一些开发过程种常见的问题。

　　审核编辑：汤梓红