互斥信号量的等待与通知

news2025/1/12 23:21:15

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等待互斥信号量

信号量未被占用

信号量被自己占用

信号量被高优先级任务占用

信号量被低优先级任务占用

释放互斥信号量

未发生优先级继承

发生优先级继承

等待互斥信号量

信号量未被占用
  • 标记为已经被占用
  • 锁定计数+1
信号量被自己占用
  • 锁定计数+1
信号量被高优先级任务占用
  • 低优先级任务插入事件控制块的等待队列中
信号量被低优先级任务占用
  • 高优先级任务插入到等待队列中
  • 低优先级任务设置成高优先级任务一样的优先级

释放互斥信号量

未发生优先级继承
  • 释放信号量
  • 从等待队列中唤醒一个任务占用信号量
发生优先级继承
  • 低优先级任务从信号量中释放，不再占用信号量，同时低优先级任务优先级改为原有的优先级
  • 从等待队列中唤醒一个任务占用信号量

tMutex.c

#include "tinyOS.h"

/* 互斥信号量初始化函数 */
void tMutexInit(tMutex *mutex)
{
	tEventInit(&mutex->event, tEventTypeMutex);
	
	mutex->lockedCount = 0;
	mutex->owner = (tTask *)0;
	mutex->ownerOriginalPrio = TINYOS_PRO_COUNT;//初始设为无效值
}

/* 等待互斥信号量函数 */
//参数：互斥信号量，超时时间
uint32_t tMutexWait(tMutex *mutex, uint32_t waitTicks)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	//互斥信号量是否被锁定
	if(mutex->lockedCount <= 0)
	{
		//未锁定：当前任务可以占用互斥信号量
		mutex->owner = currentTask;
		mutex->ownerOriginalPrio = currentTask->prio;
		mutex->lockedCount++;
		
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorNoError;
	}
	else
	{
		//已锁定:
		//判断是否是当前任务锁定的
		if(mutex->owner == currentTask)
		{
			mutex->lockedCount++;
			tTaskExitCritical(status);
			return tErrorNoError;
		}
		else
		{
			//不是当前任务锁定:
			//判断当前任务优先级和互斥信号量占有者优先级哪个高
			if(currentTask->prio < mutex->owner->prio)
			{
				//当前任务优先级高：
				//任务优先级继承机制
				tTask *owner = mutex->owner;
				//判断当前任务是否为就绪状态
				if(owner->state == TINYOS_TASK_STATE_RDY)
				{
					//当前任务为就绪状态：
					tTaskSchedUnRdy(owner);//从原有就绪队列中移出
					owner->prio = currentTask->prio;//更改所有者优先级
					tTaskSchedRdy(owner);//插入新的队列
				}
				else
				{
					owner->prio = currentTask->prio;
				}
			}
			tEventWait(&mutex->event, currentTask, (void *)0, tEventTypeMutex, waitTicks);//当前任务插入事件控制块中
			tTaskExitCritical(status);
			
			tTaskSched();
			return currentTask->waitEventResult;
		}
	}
}

/* 无等待获取互斥信号量函数 */
//仅需检查互斥信号量能否被当前任务获取到
uint32_t tMutexNoWaitGet(tMutex *mutex)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	//判断互斥信号量是否被锁定
	if(mutex->lockedCount <= 0)
	{
		//没有被锁定：由当前任务锁定
		mutex->owner = currentTask;
		mutex->ownerOriginalPrio = currentTask->prio;
		mutex->lockedCount++;
		
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorNoError;
	}
	else
	{
		//被锁定：
		//判断互斥信号量所有者是否是当前任务
		if(mutex->owner == currentTask)
		{
			mutex->lockedCount++;
			tTaskExitCritical(status);
			return tErrorNoError;
		}
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorResourceUnavailable;
	}
}

/* 释放互斥信号量函数 */
uint32_t tMutexNotify(tMutex *mutex)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	//判断信号量是否被锁定
	if(mutex->lockedCount <= 0)
	{
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorNoError;
	}
	
	//判断信号量所有者
	if(mutex->owner != currentTask)
	{
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorOwner;
	}
	
	//对锁定计数--仍大于0：没有到最终释放任务的过程
	if(--mutex->lockedCount > 0)
	{
		tTaskExitCritical(status);
		return tErrorNoError;
	}
	
	//判断是否发生优先级继承
	if(mutex->ownerOriginalPrio != mutex->owner->prio)
	{
		//发生优先级继承：
		//判断任务是否在就绪状态
		if(mutex->owner->state == TINYOS_TASK_STATE_RDY)
		{
			//更改任务所在就绪列表位置及优先级
			tTaskSchedUnRdy(mutex->owner);
			currentTask->prio = mutex->ownerOriginalPrio;
			tTaskSchedUnRdy(mutex->owner);
		}
		else
		{
			currentTask->prio = mutex->ownerOriginalPrio;
		}
	}
	
	//判断当前等待队列中是否有任务
	if(tEventWaitCount(&mutex->event) > 0)
	{
		tTask *task = tEventWakeUp(&mutex->event, (void *)0, tErrorNoError);//取出一个任务
		
		//信号量的所有者设置为新任务
		mutex->owner = task;
		mutex->ownerOriginalPrio = task->prio;
		mutex->lockedCount++;
		
		//判断任务的优先级是否比当前任务的优先级高
		if(task->prio < currentTask->prio)
		{
			tTaskSched();
		}
	}
	tTaskExitCritical(status);
	return tErrorNoError;
}

tMutex.h

#ifndef __TMUTEX_H
#define __TMUTEX_H

#include "tEvent.h"

/* 互斥信号量结构 */
typedef struct _tMutex
{
	tEvent event;								//事件控制块
	uint32_t lockedCount;				//锁定计数器
	tTask *owner;								//当前互斥信号量所有者
	uint32_t ownerOriginalPrio;	//所有者原始优先级
}tMutex;

void tMutexInit(tMutex *mutex);
uint32_t tMutexWait(tMutex *mutex, uint32_t waitTicks);
uint32_t tMutexNoWaitGet(tMutex *mutex);
uint32_t tMutexNotify(tMutex *mutex);

#endif

tintOS.h

#ifndef __TINYOS_H
#define __TINYOS_H

#include <stdint.h>
#include "tLib.h"
#include "tConfig.h"
#include "tTask.h"
#include "tEvent.h"
#include "tSem.h"
#include "tMbox.h"
#include "tMemBlock.h"
#include "tFlagGroup.h"
#include "tMutex.h"

/* 错误码 */
typedef enum _tError{
	tErrorNoError = 0,				//没有错误发生
	tErrorTimeout,						//超时
	tErrorResourceUnavailable,//资源不可用
	tErrorDel,								//被删除
	tErrorResourceFull,				//资源已满
	tErrorOwner,							//拥有者错误
}tError;

extern tTask *currentTask;			
extern tTask *nextTask;				

uint32_t tTaskEnterCritical(void);
void tTaskExitCritical(uint32_t status);

void tTaskSwitch(void);		//和CPU相关，写在switch.c
void tTaskRunFirst(void);

void tTaskSchedInit(void);
void tTaskSchedDisable(void);
void tTaskSchedEnable(void);
void tTaskSchedRdy(tTask *task);
void tTaskSchedUnRdy(tTask *task);
void tTaskSchedRemove(tTask *task);
void tTaskSched(void);
void tTimeTaskWait(tTask *task, uint32_t ticks);
void tTimeTaskWakeUp(tTask *task);
void tTimeTaskRemove(tTask *task);
void tTaskSystemTickHandler(void);
void tTaskDelay(uint32_t delay);


void tSetSysTickPeriod(uint32_t ms);
void tInitApp(void);

	
#endif

tEvent.c

#include "tinyOS.h"

/* 事件控制块初始化函数 */
void tEventInit(tEvent *event, tEventType type)
{
	event->type = tEventTypeUnknow;
	tListInit(&event->waitList);
}

/* 事件控制块等待函数 */
//参数：事件控制块，任务，消息（传入消息来源，在事件发生以后存放具体的消息），等待的状态，超时时间
void tEventWait(tEvent *event, tTask *task, void *msg, uint32_t state, uint32_t timeout)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
		
	task->state |= state << 16;
	task->waitEvent = event;
	task->eventMsg = msg;
	task->waitEventResult = tErrorNoError;
	
	tTaskSchedUnRdy(task);//移出就绪队列
	
	tListAddLast(&event->waitList, &task->linkNode);//插入事件控制块等待队列的尾部
	
	if(timeout)
	{
		tTimeTaskWait(task, timeout);//设置了超时事件，插入延时队列
	}
	
	tTaskExitCritical(status);
}


/* 事件控制块通知函数（将任务从事件控制块中唤醒，唤醒队列首部任务） */
//参数：事件控制块，消息，唤醒结果
tTask *tEventWakeUp(tEvent *event, void *msg, uint32_t result)
{
	tNode *node;
	tTask *task = (tTask *)0;
	
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
		
	if((node = tListRemoveFirst(&event->waitList)) != (tNode *)0)
	{
		task = (tTask *)tNodeParent(node, tTask, linkNode);//插入到事件控制块是用linknode
		task->waitEvent = (tEvent *)0;//不等待任何事件
		task->eventMsg = msg;
		task->waitEventResult = result;
		task->state &= ~TINYOS_TASK_WAIT_MASK;
		
		if(task->delayTicks != 0)//有延时
		{
			tTimeTaskWakeUp(task);//强制将任务从延时队列中移除
		}
		tTaskSchedRdy(task);//插入就绪队列
	}
	
	tTaskExitCritical(status);
	
	return task;
}

/* 事件控制块通知函数（将任务从事件控制块中唤醒，唤醒队列中的指定任务） */
//参数：事件控制块，指定唤醒的任务，消息，唤醒结果
tTask *tEventWakeUpTask(tEvent *event, tTask *task, void *msg, uint32_t result)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	tListRemove(&event->waitList, &task->linkNode);//直接将任务移出队列
	task->waitEvent = (tEvent *)0;//不等待任何事件
	task->eventMsg = msg;
	task->waitEventResult = result;
	task->state &= ~TINYOS_TASK_WAIT_MASK;
		
	if(task->delayTicks != 0)//有延时
	{
		tTimeTaskWakeUp(task);//强制将任务从延时队列中移除
	}
	tTaskSchedRdy(task);//插入就绪队列
	
	tTaskExitCritical(status);
	
	return task;
}

/* 事件控制块移除函数 */
void tEventRemoveTask(tTask *task, void *msg, uint32_t result)
{
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	tListRemove(&task->waitEvent->waitList, &task->linkNode);
	task->waitEvent = (tEvent *)0;
	task->eventMsg = msg;
	task->waitEventResult = result;
	task->state &= ~TINYOS_TASK_WAIT_MASK;

	tTaskExitCritical(status);
}

/* 事件控制块清空函数 */
//返回值：事件任务块被清空时，它的等待队列中有多少任务
uint32_t tEventRemoveAll(tEvent *event, void *msg, uint32_t result)
{
	tNode *node;
	uint32_t count = 0;
	
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	count = tListCount(&event->waitList);//等待队列中有多少任务
	
	while((node = tListRemoveFirst(&event->waitList)) != (tNode *)0)//移除等待队列头部任务
	{
		tTask *task = (tTask *)tNodeParent(node, tTask, linkNode);//获取task结构
		task->waitEvent = (tEvent *)0;//不再等待事件
		task->eventMsg = msg;
		task->waitEventResult = result;
		task->state &= ~TINYOS_TASK_WAIT_MASK;
		
		if(task->delayTicks != 0)//任务有延时
		{
			tTimeTaskWakeUp(task);//移出延时队列
		}
		
		tTaskSchedRdy(task);
	}
	
	tTaskExitCritical(status);
	
	return count;
}

/* 获取事件控制块中等待任务函数 */
uint32_t tEventWaitCount(tEvent *event)
{
	uint32_t count = 0;
	
	uint32_t status = tTaskEnterCritical();
	
	count = tListCount(&event->waitList);
	
	tTaskExitCritical(status);
	
	return count;
}

app.c

#include "tinyOS.h"
#include "string.h"

//定义任务，分别为它们配备独立的堆栈空间
tTask tTask1;
tTask tTask2;
tTask tTask3;
tTask tTask4;
tTaskStack task1Env[1024];
tTaskStack task2Env[1024];
tTaskStack task3Env[1024];
tTaskStack task4Env[1024];

tMutex mutex;

//定义任务要执行的功能
int task1Flag;
void task1Entry(void *param)
{
	tSetSysTickPeriod(10);//初始化
	
	tMutexInit(&mutex);
	
	for(;;)//任务里是for的死循环
	{
		//嵌套的申请互斥信号量再释放
		tMutexWait(&mutex, 0);
		tMutexWait(&mutex, 0);
		
		task1Flag = 0; 
		tTaskDelay(1);
		task1Flag = 1;
		tTaskDelay(1);
		
		tMutexNotify(&mutex);
		tMutexNotify(&mutex);
	}
}

int task2Flag;
void task2Entry(void *param)
{
	for(;;)
	{
		tMutexWait(&mutex, 0);
		tMutexWait(&mutex, 0);
		
 		task2Flag = 0;
		tTaskDelay(1);
		task2Flag = 1;
		tTaskDelay(1);
		
		tMutexNotify(&mutex);
		tMutexNotify(&mutex);
	}
}
int task3Flag;
void task3Entry(void *param)
{
	for(;;)
	{
		task3Flag = 0;
		tTaskDelay(1);
		task3Flag = 1;
		tTaskDelay(1);
	}
}
int task4Flag;
void task4Entry(void *param)
{
	for(;;)
	{
		task4Flag = 0;
		tTaskDelay(1);
		task4Flag = 1;
		tTaskDelay(1);
	}
}

/* 应用任务初始化函数 */
void tInitApp(void)
{
	//最后一个参数：传堆栈末端地址，因为堆栈是向下生长的，初始堆栈地址是堆栈空间最后一个单元地址的末端
	tTaskInit(&tTask1, task1Entry, (void *)0x11111111, 0, &task1Env[1024]);
	tTaskInit(&tTask2, task2Entry, (void *)0x22222222, 1, &task2Env[1024]);
	tTaskInit(&tTask3, task3Entry, (void *)0x22222222, 1, &task3Env[1024]);
	tTaskInit(&tTask4, task4Entry, (void *)0x22222222, 1, &task4Env[1024]);
}

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