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信号量嵌入式操作系统内核原理和开发| 小熊测试

本文主要介绍 信号量嵌入式操作系统内核原理和开发| 小熊测试,小熊希望对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,在测试领域有所提升和发展。

  

之前因为工作的原因,操作系统这块一直没有继续写下去。一方面是自己没有这方面的经历,另外一方面就是操作系统比较复杂和琐碎,调试起来比较麻烦。目前在实际项目中,使用的实时操作系统很多,很多国内的朋友也写过操作系统,有些项目现在还在维护和修改中,这是十分难得的。就我知道和熟悉的就有三个系统,比如   (1)RT-THREAD   (2)RAW-OS   (3)ClearRTOS   这里有比较介绍一下,这三个系统是国内的三位朋友开发的。其中rt-thread时间比较久一点,模块也比较全,bsp、cpu、fs、lwip、gui等辅助的代码也比较多,有兴趣的朋友可以到网站上面下载代码看一看。raw-os是我今年才发现的一个实时系统,从网站的注册时间和软件版本号上来看,系统开发的时间不是很长,不过整个系统代码的结构非常清晰,是我重点推荐阅读的代码。如果朋友们自己download下来,好好看一下其中的代码,肯定会有不少的收获。最后一个代码是作者李云在编写《专业嵌入式软件开发》这本书的时候,为了说明os的基本原理而开发的软件,前后设计了线程、互斥、内存、定时器、驱动框架等内容,值得一读。   当然有了这么多优秀的代码,我觉得现在自己的工作就不是重新造一个车轮了,而是和大家分享这些优秀的代码是如何设计的。理解代码本身不是目的,关键是理解代码背后的基本思路。就我个人看过来,rt-thread和raw-os都可以用来学习,不过raw-os更好一些,主要是因为作者将raw-os移植到的vc上面,学起来也十分方便,要是个人在使用过程中有什么疑问,可以通过邮件和作者及时交流。不过由于raw-os的版本在一直在update之中,所以部分代码在前后稍微有点差别,不过这些都不是重点,暂时不了解的内容可以通过后面的了解和学习逐步掌握,不会成为太大的障碍。   就像今天的题目一样,我们重点介绍一下信号量的设计原理。首先看一下信号量的数据结构是怎么样的:

typedef struct RAW_SEMAPHORE

{

 RAW_COMMON_BLOCK_OBJECT       common_block_obj;

 RAW_U32                       count;

 

} RAW_SEMAPHORE;

您现在正在阅读的是由小熊分享邦为您整理的 信号量嵌入式操作系统内核原理和开发| 小熊测试。   这些代码都是从raw-os上面摘抄下来的,这个版本是0.94版本,和最新的0.96版本有点差别。首先分析一下信号量的基本结构,其实非常简单,就两个变量,其中comm_block_obj是一个通用类型,记录了当前结构的名称、类型和阻塞队列,而count就是计数,判断是否还有释放的资源。   说到了信号量的操作,无非就是信号量的创建、获取、释放、删除操作,当然这里作者考虑的比较详细,在信号量释放的时候还分成了 WAKE_ONE_SEM和WAKE_ALL_SEM两种类型。意思很简单,就是当信号量来临的时候是唤醒一个等待线程呢,还是唤醒所有的等待线程呢,就是这么回事。下面,我们就按照顺序介绍这几个函数。 首先是创建函数:

RAW_U16 raw_semaphore_create(RAW_SEMAPHORE *semaphore_ptr, RAW_U8 *name_ptr, RAW_U32 initial_count)

{

 #if (RAW_SEMA_FUNCTION_CHECK > 0)

 

 if (semaphore_ptr == 0) {

  

  return RAW_NULL_OBJECT;

 }  if (initial_count == 0xffffffff) {   return RAW_SEMOPHORE_OVERFLOW;  }

 

 #endif  /*Init the list*/

 list_init(&semaphore_ptr->common_block_obj.block_list);

 

 /*Init resource*/

 semaphore_ptr->count     = initial_count;                                

 

 semaphore_ptr->common_block_obj.name = name_ptr; 

 

 semaphore_ptr->common_block_obj.block_way = 0;

 

 return RAW_SUCCESS; }

看着初始化函数,我们发现信号量的初始化其实也非常简单,基本工作主要有:   (1)判断参数合法性;   (2)初始化阻塞队列、名称等;   (3)初始化信号量的计数。
  说完了这些,我们看看信号量的获取是怎么完成的,代码可能长度稍微长一些,不过也不用太紧张。

RAW_U16 raw_semaphore_get(RAW_SEMAPHORE *semaphore_ptr,  RAW_U32 wait_option)

{  RAW_U16 error_status;  RAW_SR_ALLOC();  #if (RAW_SEMA_FUNCTION_CHECK > 0)  if (semaphore_ptr == 0) {

  

  return RAW_NULL_OBJECT;

 }

 

 if (raw_int_nesting) {   return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;

 }  #endif

 

 

 RAW_CRITICAL_ENTER();

 if (semaphore_ptr->count) {                     

  semaphore_ptr->count–;                                         RAW_CRITICAL_EXIT();

  

  return RAW_SUCCESS;

 }

 

 /*Cann't get semphore, and return immediately if wait_option is  RAW_NO_WAIT*/

 if (wait_option == RAW_NO_WAIT) {   RAW_CRITICAL_EXIT();

  return RAW_NO_PEND_WAIT;

 }     

 

 if (raw_sched_lock) {  

  RAW_CRITICAL_EXIT(); 

  return RAW_SCHED_DISABLE;

 }  raw_pend_object(&semaphore_ptr->common_block_obj, raw_task_active, wait_option);

 RAW_CRITICAL_EXIT();  raw_sched();

 

 error_status = block_state_post_process(raw_task_active, 0);

 return error_status; }

  信号量的获取情况比较复杂一些,这在长度上也体现出来了。不过没关系,我们一步一步看函数做了什么,   (1)判断参数合法性;   (2)判断当前函数是否处于中断处理的流程中,如果是选择返回;   (3)判断当前count是否为0,如果不为 0,则减1返回;   (4)如果当前count是0,且线程不愿意等待,那么选择返回;   (5)如果当前禁止调度,那么依然选择返回;   (6)当前线程将自己挂起,从ready队列中删除,把自己pend到信号量的阻塞队列中;   (7)阻塞的线程再次获得了运行的机会,我们从task数据结构获得返回结果,此时也不一定是因为获得了资源的缘故哦。
  上面的get函数看上去比较复杂,但是所有的同步函数基本上都是这样的设计的,看多了反而有一种八股文的感觉。刚开始看的同学可能觉得不是很习惯。不要紧,每天多看两眼,时间长了就ok了。好了,接着我们继续去卡看信号量的释放函数是怎么处理的,大家做好心理准备哦!

static RAW_U16 internal_semaphore_put(RAW_SEMAPHORE *semaphore_ptr, RAW_U8 opt_wake_all)

{

 LIST *block_list_head;

 

 RAW_SR_ALLOC();  #if (RAW_SEMA_FUNCTION_CHECK > 0)

 

 if (semaphore_ptr == 0) {

  

  return RAW_NULL_OBJECT;

 }

 

 #endif  block_list_head = &semaphore_ptr->common_block_obj.block_list;

 

 RAW_CRITICAL_ENTER();

 /*if no block task on this list just return*/

 if (is_list_empty(block_list_head)) {       

    

  if (semaphore_ptr->count == 0xffffffff) {    RAW_CRITICAL_EXIT();

   return RAW_SEMOPHORE_OVERFLOW;   }

  /*increase resource*/

     semaphore_ptr->count++;                                     

    

     RAW_CRITICAL_EXIT();

     return RAW_SUCCESS;

 }  /*wake all the task blocked on this semphore*/

 if (opt_wake_all) {   while (!is_list_empty(block_list_head)) {

   raw_wake_object(list_entry(block_list_head->next, RAW_TASK_OBJ, task_list));

  }  }  else {

  

  /*Wake up the highest priority task block on the semaphore*/

  raw_wake_object(list_entry(block_list_head->next, RAW_TASK_OBJ, task_list));

 }

 

 RAW_CRITICAL_EXIT();  raw_sched();     return RAW_SUCCESS;

}

  看上去,信号量的释放函数也比较长,不管只要有耐心,都是可以看明白的,我们就来具体分析一下,   (1)判断参数的合法性;   (2)判断当前是否有等待队列,如果没有,则count自增,函数返回,当然如果count达到了0xffffffff也要返回,不过概率极低;   (3) 当前存在等待队列,根据opt_wake_all的要求是唤醒一个线程还是唤醒所有的线程;   (4)调用系统调度函数,让高优先级任务及时得到运行的机会;   (5)当前线程再次得到运行的机会,函数返回。
  有了上面的讲解,我们发现os的代码其实也没有那么恐怖。所以,请大家一鼓作气,看看信号量是怎么删除的吧:

RAW_U16 raw_semaphore_delete(RAW_SEMAPHORE *semaphore_ptr)

{

 LIST *block_list_head;

 

 RAW_SR_ALLOC();  #if (RAW_SEMA_FUNCTION_CHECK > 0)

 

 if (semaphore_ptr == 0) {

 

  return RAW_NULL_OBJECT;

 }

 

 #endif  block_list_head = &semaphore_ptr->common_block_obj.block_list;

 

 RAW_CRITICAL_ENTER();  /*All task blocked on this queue is waken up*/

 while (!is_list_empty(block_list_head)) {

  delete_pend_obj(list_entry(block_list_head->next, RAW_TASK_OBJ, task_list));

 }                             RAW_CRITICAL_EXIT();

 raw_sched();

 return RAW_SUCCESS;

}RAW_U16 raw_semaphore_delete(RAW_SEMAPHORE *semaphore_ptr)

{

 LIST *block_list_head;

 

 RAW_SR_ALLOC();  #if (RAW_SEMA_FUNCTION_CHECK > 0)

 

 if (semaphore_ptr == 0) {

 

  return RAW_NULL_OBJECT;

 }

 

 #endif  block_list_head = &semaphore_ptr->common_block_obj.block_list;

 

 RAW_CRITICAL_ENTER();  /*All task blocked on this queue is waken up*/

 while (!is_list_empty(block_list_head)) {

  delete_pend_obj(list_entry(block_list_head->next, RAW_TASK_OBJ, task_list));

 }                             RAW_CRITICAL_EXIT();

 raw_sched();

 return RAW_SUCCESS; }

  信号量删除的工作其实很少,也很简单,同样我们也来梳理一下   (1)判断参数合法性;   (2)唤醒阻塞队列中的每一个线程;   (3)调用系统调度函数,因为高优先级的任务很有可能刚刚从阻塞队列中释放出来;   (4)当前线程再次运行,函数返回。   通过上面几个函数的讲解,我们发现关于os互斥部分的代码其实也不复杂。只要对系统本身和中断有一些了解,其实代码都是可以看懂的。当然,上面的代码我们还是讲的比较粗糙,所以有些细节还是要补充一下,   (1)多线程共享的函数必须在关中断的情况下进行操作,当然多核的时候关中断也不好使了;   (2)实时系统的抢占是每时每刻都在进行的,比如中断返回时、信号量释放时、调用延时函数、调用调度函数的时候,所以大家心中要有抢占的概念;   (3)互斥函数中大量使用了链表的结构,建议大家好好掌握链表的相关算法;   (4)关于os的代码一定要多看、多思考、多练习才会有进步和提高,纸上得来终觉浅、绝知此事要躬行。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持小熊分享邦(www.xxfxb.com),希望大家能坚持软件测试之路,谢谢。

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